我院陸洪彬團(tuán)隊(duì)在質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板防腐蝕涂層領(lǐng)域取得新進(jìn)展

近日我院陸洪彬團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型聚吡咯-氧化石墨烯復(fù)合涂層,，該復(fù)合涂層可通過一步法原位電沉積至不銹鋼雙極板表面，涂層具有粗糙度小,、缺陷少的結(jié)構(gòu),，并且與不銹鋼之間具有較強(qiáng)的結(jié)合力，因此在所模擬的質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部環(huán)境中展示出了優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性,，其在該腐蝕性環(huán)境中長(zhǎng)期浸泡后仍能展示出優(yōu)秀的耐蝕性能,。該工作以“In-situ electrodeposition of conductive polypyrrole-graphene oxide composite coating for corrosion protection of 304SS bipolar plates”為題發(fā)表在金屬領(lǐng)域知名期刊《Journal of Alloys and Compounds》上（Journal of Alloys and Compounds 770 (2019) 35-47），南京大學(xué)和南京大學(xué)海安高新技術(shù)研究院為該研究工作的共同通訊單位,，陸洪彬副研究員,、孟祥康教授為共同通訊作者，論文第一作者為南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院2016級(jí)博士研究生蔣莉,。

質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）先進(jìn),、高效、環(huán)保的特征為解決大氣污染和能源短缺問題帶來了希望,。然而不銹鋼雙極板作為PEMFC的重要組成部分,，在PEMFC的內(nèi)部腐蝕性環(huán)境中長(zhǎng)期工作時(shí)不可避免地會(huì)被腐蝕。在雙極板表面制備防腐蝕涂層是解決上述問題的方法之一。其中導(dǎo)電聚合物由于具有環(huán)境穩(wěn)定性好,、可經(jīng)濟(jì)生產(chǎn),、電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，然而導(dǎo)電聚合物涂層通常存在一定缺陷,，如存在孔隙缺陷,、與金屬基底結(jié)合力差等，一定程度上提供了腐蝕性離子侵入的通道,，因此涂層在長(zhǎng)期服役過程中穩(wěn)定性較差,。為了解決這一問題，陸洪彬研究組創(chuàng)造性的將性能穩(wěn)定的氧化石墨烯與導(dǎo)電聚合物聚吡咯復(fù)合用于不銹鋼雙極板上的腐蝕防護(hù),，通過環(huán)保,、簡(jiǎn)潔的一步法制備方式，將復(fù)合涂層原位電沉積在不銹鋼雙極板表面,。研究組發(fā)現(xiàn),，該涂層具有較好的導(dǎo)電性，如圖1所示,，在所模擬的PEMFC內(nèi)部環(huán)境中長(zhǎng)期工作時(shí),，復(fù)合涂層中的氧化石墨烯固有的褶皺狀結(jié)構(gòu)和大的表面積可有效延長(zhǎng)腐蝕性離子向內(nèi)擴(kuò)散的路徑，顯著提高了復(fù)合涂層對(duì)腐蝕性環(huán)境的物理屏障,，而涂層中的導(dǎo)電聚合物聚吡咯可發(fā)揮其特有的陽極保護(hù)作用，在涂層/金屬界面處形成穩(wěn)定鈍化膜,。與此同時(shí),，聚吡咯和氧化石墨烯之間特殊的相互作用可使聚吡咯處于穩(wěn)定的摻雜狀態(tài)，在涂層長(zhǎng)期服役過程中維持涂層的導(dǎo)電性,。因此,，該復(fù)合涂層對(duì)不銹鋼雙極板具有穩(wěn)定、高效的防腐蝕作用,，在質(zhì)子交換膜燃料電池領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,。

圖1. 不銹鋼雙極板上聚吡咯-石墨烯復(fù)合涂層的防腐蝕機(jī)理示意圖

    本研究得到了南京大學(xué)物理學(xué)院唐少龍教授及其團(tuán)隊(duì)成員在原子力顯微鏡方面的重要幫助，該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目,、中央高?；A(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)、江蘇省科技支撐計(jì)劃的資助,。