[发明专利]一种表面改性的多孔钛扩散层、制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种经聚苯胺涂层改性的多孔钛扩散层、制备方法及应用，制备方法包括：S1.将多孔钛扩散层进行超声清洗；S2.将超声清洗后的所述多孔钛扩散层进行化学蚀刻处理；S3.将处理后的所述多孔钛扩散层作为工作电极、饱和甘汞电极作为参比电极、石墨板作为对电极，组成三电极体系，将硫酸、苯胺、去离子水的混合溶液作为电解液，制备获取经聚苯胺涂层改性的多孔钛扩散层。本发明制得的聚苯胺涂层相对于贵金属涂层成本更低、制备方法相对于其他涂层的制备方法更为简便；聚苯胺涂层的界面接触电阻大幅度降低，在模拟SPE电解池环境下，具有一定耐阳极氧化性，可以有效减缓界面接触电阻增加速率。

技术领域

本发明属于SPE电解水制氢领域，具体涉及一种表面改性的多孔钛扩散层、制备方法和应用。

背景技术

固体聚合物水电解制氢技术是一种新兴的电解水制氢技术，与传统的制氢技术相比，总体效率更高，氢气体积分数更高(99.99％)，产气压力更高，动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的水电解制氢技术。扩散层作为SPE电解池的重要部分，不仅作为气液物质传输通道，同时还要负责电子的传输，所以其亲水性能、耐阳极氧化性能和导电性能至关重要。SPE电解池中大多使用钛基体作为扩散层的材料，钛表面可以形成一层致密的氧化膜，在阳极高电位、氧化环境下有很好的耐腐蚀性。但氧化层的存在与增厚也会导致扩散层与其他零部件的界面接触电阻增加，使SPE电解池的电解效率下降。因此降低钝化层厚度，减缓钝化层增厚速率，引入新的耐阳极氧化涂层势在必行。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种表面改性的多孔钛扩散层、制备方法和应用，用于解决现有技术中存在的上述问题。

一种表面改性的多孔钛扩散层的制备方法，包括以下步骤：

S1.将多孔钛扩散层进行超声清洗；

S2.将超声清洗后的所述多孔钛扩散层进行化学蚀刻处理；

S3.将处理后的所述多孔钛扩散层作为工作电极、饱和甘汞电极作为参比电极、石墨板作为对电极，组成三电极体系，将包括苯胺的混合溶液作为电解液，以所述工作电极作为基体，所述苯胺在所述基体上形成聚苯胺涂层，从而制备获得表面改性的多孔钛扩散层。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还包括步骤S4，将步骤S3制得的表面改性的多孔钛扩散层置于真空干燥箱,在一定温度下干燥，去除水分，最终制得表面改性的多孔钛扩散层。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤S1中将所述多孔钛扩散层分别置于乙醇和去离子水中进行超声清洗10-30min。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤S2化学蚀刻处理具体为：将清洗后的所述多孔钛扩散层置于酸蚀溶液中蚀刻一段时间，所述酸蚀溶液为HF、HNO₃和H₂O的混合溶液，HF、HNO₃和H₂O体积比例范围为1:1:98～1:4:5。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤S3所述混合溶液还包括硫酸和去离子水，所述苯胺的浓度为0-3mol/L。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤S3中电解液的电流密度为0-10A/cm²。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤S4中的真空干燥温度为50-90℃,所述干燥时间为0-8h。

本发明还提供了一种表面改性的多孔钛扩散层，采用本发明所述的方法制取。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述表面改性的多孔钛扩散层的接触电阻值随着压力的增大逐渐变小。