2022, 29(5): 1090-1098.
doi: 10.1007/s12613-022-2452-1
摘要:
质子交换膜水电解（PEM WE）技术具有制取氢气纯度高、可控范围大、工作响应快等优点,可充分适用于风能、太阳能等可再生能源的间歇性特点,在未来的制氢行业有广泛的应用前景。目前，钛具有优异的稳定性使其成为一种先进的结构材料，用于PEM水电解槽中的阳极扩散层组件。然而，钛钝化层的存在也对表面接触电阻有负面影响，因为钝化层本身是非/半导体，过度的钝化程度会导致PEM WE运行过程中较高的表面接触电阻和能量损失。因此，改善钛基扩散层的导电性和界面稳定性是一个紧迫的问题。在这项工作中，我们采用聚多巴胺（PDA）原位还原工艺在钛纸扩散层表面制备了一种亲水、耐蚀的导电复合涂层。研究了PDA薄膜在钛纸表面的沉积时间、还原金纳米颗粒的浓度、微观形貌、组成，以及在模拟PEM水电解环境下涂层的耐蚀性、稳定性和导电性。结果表明，通过调控聚多巴胺薄膜的沉积时间和氯金酸的浓度，在钛纸面膜原位沉积金纳米颗粒的最佳反应条件为沉积PDA时间为48 h，氯金酸pH为3。涂层样品界面接触电阻可达0.5 mΩ·cm2，在一定程度上降低电解槽的欧姆损耗。在质子交换膜电解水阳极酸性介质富氧高极化电位下（1.7 V vs. RHE），腐蚀电流密度为0.001 µA·cm−2。这些优异的性能与其表面结构有关: 钛纸表面亲水性的PDA薄膜，确保了混合涂层中既不存在微孔也不存在针孔，提高了耐蚀性；金纳米粒子改善了导电性，以达到理想的界面接触电阻，并进一步增强了耐腐蚀性。由于该方法操作简单，在提高PEM WE工艺效率方面具有巨大的潜力。
