聚合物电解质膜制备工艺流程
117 用于燃料电池的季铵基团的PVA-PAADD碱性聚合物电解质膜的制备及稳定性
的亲水特性有关．
Table 1 Physical properties of the cross-linked PVA / PAADDA membranes*
Mass ratio of PVA / PAADDA
1∶ 0． 25 1∶ 0． 50 1∶ 0． 75
1∶ 1
Wet thickness /
程度的微相分离，此时膜的电导率为 1. 14 ×
10 － 3 S / cm，IEC 达 到 1. 61 mmol / g （ 见 表 1 ） ．
Fig． 2 Pictures of the PVA / PAADDA membranes
从表 1 中可看出，随着 PAADDA 含量的增加， a． PVA /25% PAADDA； b． PVA /50% PAADDA； c． PVA /75%
聚合物共混是对聚合物改性的一种有效方法，通过共混可以获得既融合了各个聚合物组分优点又 修饰了它们之间缺点的新组分［12］． 聚乙烯醇（ PVA） 是一种极性很强的亲水高聚物，具有良好的阻醇性 和成膜性［13，14］． 二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺共聚物（ PAADDA） 是一种基于季铵基团的水溶性聚
比 Nafion 115 膜低一个数量级．
关键词 碱性聚合物电解质膜； 聚乙烯醇； 二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺共聚物； 化学交联； 稳定性；
甲醇渗透率
中图分类号 O646
文献标识码 A
文章编号 0251-0790（2011）07-1598-07
质子交换膜燃料电池（ PEMFC） 具有功率密度高、无污染、低温操作和启动迅速等优点，已成为 21 世纪高效、环境友好的重要能源技术之一［1］． 然而，随着使用要求的不断提高，燃料电池的发展已受 到材料高成本（ 特别是关键材料电催化剂和质子交换膜） 等问题的制约． 而改变电池的酸碱工作环境， 即在碱性介质中，阳极氧化和阴极还原反应都具有很高的反应活性［2］，因此可以使用非贵金属材料如 银、镍和铁等作催化剂［3］，从而大大降低了燃料电池的成本； 在碱性条件下，OH － 基团与质子传递方 向相反，可消除电渗析引起的甲醇渗透，大大降低了燃料透过问题［4］． 可见，碱性燃料电池有望克服 依赖质子交换膜的燃料电池存在的两大难题． 目前，碱性燃料电池面临的问题主要来自于提高碱性聚 合物电解质膜的电导率和稳定性． 大部分碱性聚合物电解质膜主要是通过对一些聚合物基体［5 ～ 8］进行 改性处理（ 如氯甲基化、季铵化和碱化） 或者在聚合物基体［9 ～ 11］上辐射接枝季铵基团等方法进行制备． 但这类碱性聚合物电解质膜制备手段复杂，同时季铵基团在较高温度（ ＞ 60 ℃ ） ，特别是高浓度碱液条 件下不稳定，易导致膜性能的下降甚至发生膜降解的问题． 因此，研制和开发具有适宜离子电导率， 同时具有高耐碱稳定性，易制备和低价格的新型碱性聚合物电解质膜无疑将有利于碱性燃料电池发展 技术水平的提高，并促进其商业化进程．
PVA_PAAS基碱性聚合物电解质的制备及性能
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ： Ｐ ｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ （Ｐ ＶＡ）（ｓ ｏｄｉｕｍ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ （Ｐ ＡＡＳ ）－ ＫＯＨ－ Ｈ２Ｏ ａｌｋａｌｉｎｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｆｉｌｍｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｓ ｏｌｕｔｉｏｎ－ ｃａｓ ｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ． Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｍ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｏ ｂｅ ｗｅｌｌ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＫＯＨ ａｎｄ Ｈ２Ｏ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ． Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｐ ＶＡ ｂａｓ ｅｄ ａｌｋａｌｉｎｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｆｉｌｍ ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｏｂｖｉｏｕｓ ｌｙ ｗｉｔｈ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｐ ＡＡＳ ． Ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｐ ＡＡＳ ａｎｄ ＫＯＨ ｃａｎ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｒｙｓ ｔａｌｌｉｎｉｔｙ ａｎｄ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ． Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｃｏｎｆｏｒｍｓ ｔｏ Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ２０ —５０ ℃． Ｔｈｅ Ｐ ＶＡ （１３．８４ ％）－ Ｐ ＡＡＳ （０．７３ ％）－ ＫＯＨ （３６．４３ ％）－ Ｈ２Ｏ （４９ ％） ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ａ ｈｉｇｈ ｉｏｎｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ９．６７ ×１０ － ２ Ｓ ／ｃｍ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓ ｔａｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｓ １．６ Ｖ ｏｎ ｓ ｔａｉｎｌｅｓ ｓ ｓ ｔｅｅｌ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ， ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｓ ｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ： ａｌｋａｌｉｎｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ； ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ； ｓ ｏｄｉｕｍ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ ； ｂｌｅｎｄ； ｉｏｎｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
聚合物电解质简介
3 多孔型聚合物电解质
4 复合型聚合物电解质
DSPE（1,2-硬脂酰基 磷脂酰乙醇胺 ）是研究最 早的一类聚合物电解质,
到目前为止, 绝大部分
DSPE的离子电导率都比较 低，但电化学稳定性和对 电极的稳定性好.
Ahn等通过研究在PEO(聚环氧乙烷)/LiC10体系 中添加不同尺寸Al2O3对电导率的影响,发现含有纳米
聚 合 物 电 解 质 的 性 能
(3) 与电池电极和其他材料结合
时, 具有较好的化学及电化学相 容性; (4) 具有较好的热力学稳定性; (5) 具有一定的机械强度;
(6) 对环境无毒;
(7) 聚合物材料易于合成且具有
良好的加工性。
目前聚合物电解质大致可分为4种：
1 全固态聚合物电解质 2 凝胶型聚合物电解质
1975
1979
Gozdz等利P(VDF2HFP) 20世纪90年代 共聚物制备了多孔型
聚合物电解质
Weston和 Steele最先把电化 学惰性的无机填料 A2 Al 2O3
加入到 SPE 中, 以后各种惰
之 后 性粉末被应用于 SPE中, 逐渐 形成了复合型聚合物电解质体 系
从电化学角度出发, 聚合物电
保的发展趋势,因此成为近
几年化学电源研究和开发
的热点。
聚 合 物 电 解 质 的 发 展 简 史
1973
Wright首次测量了聚氧乙烯 (PEO)与碱金属盐 (Mx)络合 的电导率 在 PAN2 Li X, PVDF2LiX体系 中加入塑化剂 EC , PC等环酯制 成凝胶聚合物电解质(Gel Solid Polymer Electrolyte GSPE ), 发 现离子电导率大大提高 Armand等报道了 PEO的碱 金属盐在 40 ~ 60e 时离子电 导率达 10- 5S/cm, 且具有良 好的成膜性能,可用作锂离子 电池的电解质
电解水mea膜制备工艺
电解水mea膜制备工艺一、概述电解水MEA膜制备工艺是一种将质子交换膜和电极材料结合在一起，用于燃料电池的重要工艺。
该工艺主要包括MEA膜的制备和质量检测两个部分。
本文将详细介绍这两个部分的具体步骤和注意事项。
二、MEA膜的制备1. 原材料准备（1）聚四氟乙烯（PTFE）微孔膜：选择纯度高、孔径均匀的PTFE微孔膜，将其切成合适大小。
（2）质子交换树脂：选择粒径均匀、离子交换容量高的树脂。
（3）催化剂：选择合适的催化剂，如铂黑等。
2. MEA膜的制备（1）将PTFE微孔膜浸泡在去离子水中，使其软化，并清洗干净。
（2）将质子交换树脂溶解在去离子水中，调节pH值至2-3。
（3）将铂黑与乙酸溶液混合，并搅拌均匀。
（4）将步骤1中处理过的PTFE微孔膜放入步骤2中的树脂溶液中，使其吸附树脂。
（5）将步骤4中的PTFE微孔膜取出，并在其表面涂上铂黑混合物。
（6）将处理过的PTFE微孔膜置于高温高压下，使其树脂固化，并形成MEA膜。
三、MEA膜的质量检测1. 性能测试（1）电导率测试：将MEA膜放入电解质溶液中，测量其电导率。
（2）氢气透过性测试：将MEA膜置于氢气和空气之间，测量氢气透过的速度。
2. 结构检测（1）扫描电子显微镜观察：观察MEA膜表面形貌和结构。
（2）X射线衍射分析：分析MEA膜的晶体结构和组成成分。
四、注意事项1. 原材料选择要精细，特别是质子交换树脂和催化剂的选择要符合实际需要。
2. 制备过程中要严格控制温度、时间和pH值等参数，以保证MEA膜质量稳定。
3. 在质量检测过程中要注意安全，避免误操作导致事故发生。
4. 制备和检测过程中要做好记录和数据分析，以便对工艺进行优化和改进。
五、总结电解水MEA膜制备工艺是燃料电池制造中不可缺少的一部分，其制备过程需要严格控制各项参数，以保证MEA膜质量的稳定性和可靠性。
同时，在质量检测过程中也需要注意安全和数据记录等方面的问题。
通过不断优化和改进工艺，可以提高MEA膜的性能和使用寿命，为燃料电池的应用提供更好的支持。
电池电解质浆料方式
聚合物锂电池电解质浆料由高分子聚合物、锂盐、增塑剂和溶剂组成，有时还加入10％以下的超细惰性填料以提高聚合物电解质膜的强度。
浆料的混合有先聚合后混合和先混合后聚合两种方式：1、先聚合后混合：聚合物如聚氧乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)，及聚偏氟乙烯(PVdF)等可以先单独制成聚合物薄膜，然后进行增塑剂及锂盐的后处理，或者直接把聚合物与增塑剂及锂盐混合而制成薄膜，即得到凝胶聚合物电解质。
但这种聚合物链之间只是靠很弱的物理作用及氢键结合起来，故所得的凝胶聚合物电池和电解质的机械性能很差。
例如聚合物为PAN的电解质薄膜的制备方法是：将0.25 g 聚合物PAN与0.25 g电解质盐及4.8 g增塑剂混合均匀得到粘状液体，然后把粘状液体涂布成薄层，减压下可以得到120 gm厚的薄膜，为了不加过量的增塑剂，往往加入沸点低的稀释剂，如四氢呋喃(THF)等，然后通过加热把稀释剂除去，得到凝胶聚合物电解质薄膜。
2、先混合后聚合：用于合成聚合物的单体或者低聚物及聚合引发剂与增塑剂、盐混合后进行聚合，可以得到机械性能好、结构稳定的凝胶聚合物电解质薄膜。
由于聚合物单体及低聚物的粘度比聚合物低，聚合物单体、增塑剂、及锂盐等很容易在分子水平混合均匀而涂成薄层，经聚合后可得到多孔性薄膜。
聚合前加入交链剂，可得到机械性能好、结构稳定的凝胶聚合物电解质薄膜。
这种方法制备的锂电池电解质结构也更稳定。
聚合所需的能源可以通过以下几种途径实现：利用发射电子束、紫外线照射，以及加热法等使电解质聚合。
利用电子束与紫外线照射有利于电解质溶液快速凝固胶化，适用于大规模生产。
加热法凝固速度较慢，但具有操作简单及成本低等优点。
例如，利用环氧树脂作为单体的胶体聚合物制备方法是将电解质溶液和单体混合加热聚合成为胶体。
另外，将无机微粒掺入凝胶聚合物电解质中可以提高其力学性能，常用的无机微粒有Si02，A12 03，BN，SiC，Si3N4，WC，BC，AlN，Fe203，Ti02，Bal、i03，MoS2，Zr02，PbTi03，TiB2和CaSi03等。
PVDF-PMMA聚合物薄膜电解质的制备和性能研究
于染料敏化太 阳能 电池 的研 究也倍受 关注 。 以高 分子聚 合物 为基体制 备聚合物 薄膜 ， 再吸 附 电解 液是 锂离子 电
池 电解质 常用 的制备 方法【 ，这 种点 ， 点在一条直 线上 ，而且 ４ 相邻两 点间距 离相等 。如图 １ 所视将 薄膜连 接外 电路 ，
测试其 电导率 。
物薄膜 电解 质 ，用 四探针测 量法测量其 电导率 【，并对 Ｅ 】 比两种膜 的扫描 电镜 Ｓ Ｍ 图 ，分析 了微观结 构对其 电 Ｅ
1聚合物薄膜的微观形貌图2为两种不同工艺制得薄膜的表面sem图片其中图a和b为方法1制得的薄膜1号样的sem图图a为放大10000倍的表面形貌图b为放大50000倍的表面形貌从两图可看出l号样具有多孔结构孔径一般在几十纳米左右孔分布较为均匀这些微孔是制膜过程中丙三醇的挥发留下的由于方法1中在80下干燥长时间丙三醇挥发速度较为缓慢均匀薄膜表面留下孔洞孔径较小
法制得 的聚合 物薄膜 的扫描 电镜 图片 ， 从微观 结构分析
２２ 聚合 物薄膜 电解质 的制备 ．
２２１ Ｐ ＤＦ Ｐ ．． Ｖ 和 ＭＭＡ的 共 混
Ｐ Ｆ ＭＭＡ在 使 用 前 分 别在 ８ ℃下 真 空 干燥 ＶＤ 、Ｐ ０
２ｈ ４ ，将６ ０ 的Ｐ Ｆ ０ ｍｇ ＭＭＡ加入 到ｌｍｌ ０ ｍｇ ＶＤ 和４０ 的Ｐ Ｏ 的 ＤＭＦ ， 中 再加 入 １ｏ 的丙三 醇 。 ０ ｏ ｍｇ 在６ ℃下磁力搅拌２ ， ｈ
超 声分散２ 。溶液呈均匀透 明状 。 ｈ ２２２ Ｐ ＤＦＰ ．． Ｖ －ＭＭＡ聚合 物膜 的制备 方法（）将 共混后 的溶液 倒 出， １： 在载 玻片上延展 开， 放 入８ ＂ 烘箱 内干燥 １ｈ ０（ ２ ２ ，可得均匀 透 明的薄膜 。以下
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聚合物电解质膜制备工艺流程
聚合物电解质膜是一种用于电化学能源装置的重要材料，如燃料电池和锂离子电池。
它具有高离子传导性能、良好的机械强度和化学稳定性，可以有效地隔离正负电极，防止电子短路。
本文将介绍聚合物电解质膜的制备工艺流程。
聚合物电解质膜的制备通常包括以下几个步骤：材料选择、溶液制备、膜形成、后处理和评估。
第一步是材料选择。
聚合物电解质膜的材料通常是高分子聚合物，如聚四氟乙烯（PTFE）、聚砜酮（PSU）和聚醚醚酮（PEEK）。
这些聚合物具有良好的热稳定性和化学稳定性，可以在高温和酸碱环境下使用。
第二步是溶液制备。
根据所选用的聚合物，将其加入适当的溶剂中，并加入一定比例的盐类，以提高膜的离子传导性能。
溶液的制备需要一定的工艺控制，如溶剂的选择、聚合物和盐类的浓度等，以确保膜的质量和性能。
第三步是膜形成。
溶液制备好后，可以采用不同的方法将溶液制备成膜。
常见的方法有电纺法、浇铸法和溶液浸渍法。
其中，电纺法是一种常用的制备聚合物电解质膜的方法，通过高电压将溶液喷射成纤维，并在收集器上形成纤维膜。
浇铸法是将溶液倒入模具中，
在适当的条件下使其凝固形成膜。
溶液浸渍法则是将基材浸渍在溶液中，通过蒸发或烘干使溶剂挥发，获得膜状材料。
第四步是后处理。
制备好的膜需要经过一定的后处理步骤，以去除残留的溶剂和盐类，并提高膜的稳定性和性能。
常见的后处理方法包括热处理、冷冻干燥和水洗等。
热处理可以使膜中的聚合物分子更加紧密排列，提高膜的机械强度和热稳定性。
冷冻干燥可以将溶剂从膜中蒸发，使其变得干燥。
水洗则是通过浸泡在水中，去除膜表面的残留物质。
最后一步是评估。
制备好的聚合物电解质膜需要经过一系列的测试和评估，以确保其质量和性能符合要求。
常见的评估方法有离子传导性测试、热稳定性测试、机械强度测试和化学稳定性测试等。
这些测试可以对膜的离子传输性能、热稳定性、机械强度和化学稳定性进行全面评估。
聚合物电解质膜的制备工艺流程包括材料选择、溶液制备、膜形成、后处理和评估等步骤。
每个步骤都需要一定的工艺控制和优化，以获得高质量的聚合物电解质膜。
这些工艺流程的优化可以提高膜的性能，推动电化学能源装置的发展和应用。