GO/CNTs杂化增强聚吡咯涂层的一步电聚合制备及其在PEMFC不锈钢双极板中的协同效应研究

为解决质子交换膜燃料电池(PEMFC)金属双极板(BPs)在酸性(pH 2-3)、高温(60-80°C)环境下易腐蚀且导电性不足的问题，研究人员通过一步电聚合法制备了氧化石墨烯/碳纳米管(GO/CNTs)杂化增强聚吡咯(PPY)复合涂层。研究发现低CNTs含量的GO/CNTs/PPY涂层具有最优性能，使304不锈钢的极化电流密度降至8.62 μA/cm2，界面接触电阻为130.5 mΩ cm2。该研究为开发兼具优异防腐性和导电性的双极板涂层提供了新思路。

　　

在能源需求持续增长与化石燃料日益枯竭的背景下，质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其环保高效的特性，正成为新能源电动汽车的重要动力来源。然而，作为PEMFC核心部件的金属双极板(BPs)面临着严峻挑战——在高温(60-80°C)、强酸性(pH 2-3)、高电位(~1.1 V)的苛刻工作环境中，不仅会产生腐蚀产物导致催化剂中毒，还会因表面钝化膜的形成而增加接触电阻，严重影响电池性能和寿命。如何开发兼具优异防腐性和导电性的双极板保护涂层，成为制约PEMFC商业化应用的关键瓶颈。

针对这一难题，上海理工大学的研究团队在《Progress in Organic Coatings》发表创新研究成果。他们采用一步电聚合法，在304不锈钢表面制备了氧化石墨烯/碳纳米管(GO/CNTs)杂化增强的聚吡咯(PPY)复合涂层，系统研究了不同配比复合涂层的微观结构、防腐性能和导电特性。通过电化学测试、界面接触电阻(ICR)测量结合FT-IR、XPS等表征手段，揭示了碳材料与聚合物基体间的协同作用机制。

研究结果显示，当CNTs含量较低时，GO/CNTs杂化增强体能在PPY基体中形成理想的导电网络结构。最优配比的复合涂层使304不锈钢的极化电流密度显著降低至8.62 μA/cm²，较纯PPY涂层提升一个数量级；同时保持130.5 mΩ cm²的低界面接触电阻，满足DOE 2025技术标准。微观分析表明，GO的二维片层结构能有效阻隔腐蚀介质渗透，而CNTs的一维管状结构则在GO片层间搭建导电桥梁，二者通过π-π键合和氢键与PPY分子产生协同效应。

这项研究创新性地提出GO/CNTs杂化增强策略，成功解决了单一GO增强导致导电性下降的技术瓶颈。所开发的一步电聚合法具有工艺简单、成本低廉的优势，为PEMFC双极板防护涂层的工业化应用提供了重要技术参考。未来通过优化杂化比例和电聚合参数，有望进一步突破导电聚合物涂层性能极限，推动燃料电池技术的商业化进程。