矽鎢酸-二氧化矽聚偏氟乙烯質子交換膜

作為第五代燃料電池的質子交換膜燃料電池（PEMFC）除了具有燃料電池的一般優點以外，還具有能量轉化率高、低溫啟動、無電解池洩露、無腐蝕、壽命長、比功率高等突出的優點。因此，PEMFC的研究已經成為諸類燃料電池研究中的主流。

作為質子交換膜燃料電池的核心材料，質子交換膜起到了使質子（H+）選擇性的從陰極傳導質到陽極的作用，同時它阻隔了燃料和氧化劑。質子交換膜的性能決定著燃料電池性能。

在諸多質子交換膜的改性研究中，有機-無機複合膜由於具有較高的機械和熱穩定性、較低的甲醇滲透和合適的質子電導率而受到充分的重視。聚偏氟乙烯（PVDF）是一種高分子量（40萬-60萬）、半結晶體的氟聚合物，其綜合性能優異，具有結構緻密、熱穩定性高、機械性能強、成膜後柔韌性優良阻醇性高、化學性質穩定等優點，通過在PVDF中加入具有質子導電能力的質子酸可提高其質子導電率。於是，人們提出使用矽鎢酸摻雜聚偏氟乙烯複合膜。矽鎢酸-二氧化矽聚偏氟乙烯質子交換膜的製備方法包括以下步驟：

（1）稱量一定量聚偏氟乙烯溶於二甲基亞碸中製成溶液，其中每克聚偏氟乙烯需二甲基亞碸15-19g，將該溶液油浴加熱至50-70℃，並在該溫度下攪拌1至3小時製成溶液A；

（2）將溶液A澆築到潔淨的玻璃板上60～90℃真空乾燥成PVDF膜，將該膜放入6~8mol/L的氫氧化鈉溶液中，在60~80℃油浴中處理8～10h，再用去離子水反復沖洗至中性，於100~120℃溫度下烘乾形成改性PVDF膜；

（3）將一定量的改性PVDF膜溶於二甲基亞碸和水的混合液（二甲基亞碸與水體積比10：1）中製成溶液B，其中每克膜需混合液15-19g；

（4）將溶液B加熱至80-95℃，並在該溫度下攪拌1至3小時後，溫度降至60～75℃，形成溶液C；

（5）按溶液C中改性PVDF與鎢酸鈉和四氯化矽的重量份配比分別為75-85份，15-10份和10-5份的比例，稱量鎢酸鈉和四氯化矽，依次在溶液C中加入鎢酸鈉和四氯化矽，在此溫度下攪拌1至3小時後降溫至室溫，形成均勻的溶液D；

（6）將溶液D真空油浴加熱到110～130℃，並在該溫度下攪拌1至2個小時，直到溶液中水分全部蒸發為止，將得到的溶液降溫至室溫，形成均勻的溶液E；

（7）將溶液E澆注在聚四氟乙烯玻璃板上並真空乾燥成膜，膜厚度控制在0.1～0.2毫米，真空乾燥溫度：90～100℃，即得到所需的矽鎢酸-二氧化矽聚偏氟乙烯質子交換膜。

矽鎢酸-二氧化矽聚偏氟乙烯質子交換膜，其醇滲透率比傳統的Nafion的小，阻醇性能好, 製備工藝簡單，膜成本低於Nafion膜，易於產業化，將可推動直接甲醇燃料電池的發展。

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