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第 27卷第 2期 高分子材料科学与工程 V01．27．No．2 2011年 2月 POLYMER MATERIALSSCIENCE AND ENGINEERING Feb．2011 PWA对 SPEEK／SiO2复合质子交换膜结构与性能的影响 张高文 ，周震涛2 (1．湖北工业大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430068； 2．华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州 510640) 摘要 ：以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为基体 ，通过溶胶一凝胶法制得 SPEEK／SiO2／PWA复合质子交换膜 ，采用红外光谱 、扫描 电镜、交流阻抗和热重分析等方法研究了复合膜的结构与性能。结果表明，无机粒子均匀地分散在聚合物基体中，其粒 径不超过70nm。Sio2与SPEEK之间的共价交联使复合膜的甲醇渗透率和溶胀度明显降低，热稳定性也得到提高。同 时磷钨~(PWA)的掺入又赋予膜较高的质子传导性能。在此基础上可制备具有高质子传导和高阻醇性能的复合质子 交换膜 。 关键词：直接甲醇燃料电池；质子交换膜；磺化聚醚醚酮；二氧化硅；磷钨酸 中图分类号：TB383 文献标识码 ：A 文章编号：1000～7555(2011)02—0079—04 直接 甲醇燃料 电池 (DMFC)以能量密度高、燃料 将适量 的磺化度为 65％的 SPEEK 溶于无水 制备及储运方便等优点在小功率电源应用方面极具发 DMAc中，配成 l0％溶液。在其中加入适量的CDI， 展潜力。但 目前所普遍采用的Nafion膜不仅价格 昂 CDI与SPEEK上一SO3H的摩尔比为 l：4。恒温搅拌 贵，而且 甲醇渗透高uJ，严重阻碍了DMFC技术的发 至气泡消失，加入AS，AS与CDI的摩尔比为 1：1。然 展。研究结果表 明，磺化聚醚醚酮(SPEEK)具有较高 后加入一定计量的TEOS、0．5mol／L的HC1，搅拌均 的质子传导率、良好的使用寿命和优 良的阻醇性 匀后再加入适量的PWA，继续在 60℃搅拌得到均一 能 【。而且通过采用多元醇I3J或多元胺 【J与 一SO3H 的溶胶 ，将其在洁净的PTFE模具上流延成膜。在60 反应也可改善 SPEEK膜在较高温度下易过分溶胀 的 ℃干燥24h，再在 120℃干燥 12h，冷至室温后揭膜。 缺陷。在笔者先前工作中通过溶胶一凝胶法在SPEEK 1．3 复合膜的结构与性能表征 和Si02之间形成共价交联，使两相间的相容性得到明 将样品在液氮中冷冻脆断，镀金后在扫描电子显 显改善，且膜 的阻醇性能和溶胀性能也得到明显提 微镜(SEM，荷兰 Philips公司 XL．30FEG型)上对其 高_5J。本文在原体系中加入磷钨酸(PWA)以使复合 断面 微 观 结 构 进 行 分 析。在 德 国 Bruker公 司 膜能在高质子传导和高阻醇性能上取得 良好的平衡。 Vector33型傅立叶红外光谱仪(FT-IR)上进行样 品的 红外 光 谱 分 析。采 用 两 电极交 流 阻抗 法 在 1 实验部分 PGSTAT30型电化学工作站 (荷兰EcoChemie公司) 1．1 主要原材料 一 上测定膜的横向电阻R，频率为 1Hz～10Hz，扰动电 磺化聚醚醚酮 (SPEEK)：实验室 自制，磺化度为 压为 10mV，根据 =d／RS计算膜的质子传导率，d、 65％；N，N一二甲基 乙酰胺(DMAc)：分析纯，天津科密 S分别为膜的厚度和电极实际接触面积。膜的阻醇性