【摘 要】
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作为质子交换膜燃料电池（PEMFC）关键部件之一的双极板（bipolar plate,BP）,在PEMFC的成本和重量都占有很大的比例,寻找成本低、导电性好、稳定性高的双极板材料对降低PEMFC成本和重量,对推动其大规模应用具有重要意义。作为双极板材料,机械强度高、导电导热性能好、易加工的薄层不锈钢板优势显著,并具有广阔的应用前景。在燃料电池的工作环境中,不锈钢的耐蚀性差强人意,因而使用前必须进行
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作为质子交换膜燃料电池（PEMFC）关键部件之一的双极板（bipolar plate,BP）,在PEMFC的成本和重量都占有很大的比例,寻找成本低、导电性好、稳定性高的双极板材料对降低PEMFC成本和重量,对推动其大规模应用具有重要意义。作为双极板材料,机械强度高、导电导热性能好、易加工的薄层不锈钢板优势显著,并具有广阔的应用前景。在燃料电池的工作环境中,不锈钢的耐蚀性差强人意,因而使用前必须进行改性。海洋生物贻贝能分泌一种高粘性蛋白,帮助其牢固附着各种海洋结构物上。因此,本文利用仿生贻贝材料—多巴胺（DA）聚合形成的聚多巴胺（PDA）的高强粘结作用,在316不锈钢表面形成结合良好的聚多巴胺薄层膜,再分别通过激光直写技术和电化学还原法制备不同形式碳膜,实现对不锈钢板的改性。对改性不锈钢双极板进行了综合性能测试和分析,主要结果如下:1.采用激光直写技术,通过控制工艺参数可将不锈钢表面的聚多巴胺膜转变为薄碳膜。当激光功率3.5 W和扫描速度10 mm/s时,不锈钢表面约10.93μm的聚多巴胺转变成厚度约0.82μm的均匀、完整薄碳膜。此时,不锈钢表面的接触电阻为110.5 mΩ·cm~2,与未改性316不锈钢相比,接触电阻降低了70%。在模拟PEMFC的阴、阳极工作环境中,0.6 V的腐蚀电流密度分别为8.64μA·cm-2和1.33μA·cm-2,比未改性试样的腐蚀电流密度分别降低45%和62%。2.采用双层膜设计思路,先在316不锈钢表面黏附的聚多巴胺膜上制备一层氧化石墨烯（GO）膜,再利用恒电位还原法将其还原成还原石墨烯（RGO）,RGO/PDA复合膜。分析测试结果表明,氧化石墨烯的还原程度与还原时间密切相关。当还原时间超过60秒后还原过程基本完毕。此时不锈钢表面的电导率为0.059μΩ·m,比316不锈钢降低了95%。制备出的PDA/RGO复合薄膜改性不锈钢在模拟质子交换膜燃料电池环境中,阴极和阳极腐蚀的电流密度分别为9.13μA·cm-2和4.53μA·cm-2,4小时恒电位（0.6 V vs.SCE）后腐蚀电流密度小于0.1μA·cm-2。3.利用氮气气氛下热处理的方法,在聚多巴胺表面制备了一层聚糠醇涂层后对其碳化,制备C/PDA复合膜改性的不锈钢板。测试结果表明,随着热处理温度提升,样品表面疏水性能提升,水接触角从59°（316裸样）提升至111°。当热处理温度采用400度时,样品仍能保持优秀的耐蚀性,在模拟PEMFC环境中,阴极和阳极腐蚀电流密度分别为1.72μA·cm-2和2.83μA·cm-2。
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