有机-无机复合质子交换膜的制备

间断电源、分散型电站、航天和军事装备电源、
公共场所应急电源等，其广阔的应用前景正成为 世界各国的研究热点之一。
研究背景
(1) 阳极反应为：H2→2H++2e。 (2) 氢质子通过电解质膜到达阴极。 (3) 阴极反应为：1/2O2+2H++2e→H2O。
研究背景
在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和 输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴 极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提 供电流，因此质子交换膜是质子交换膜燃料电 池的核心,其性能将直接影响PEMFC的电池性能、 能量效率和使用寿命。
工艺。为燃料电池质子交换膜的研制开拓了新的研究
思路。 本研究通过改变有机物和无机物的配比制备出不 同批次的复合膜，需要对不同的膜测试导电率，系统 地研究复合膜导电率随反应物配比的影响规律。
有机-无机复合 质子交换膜的制备
成员：08材料1班 胡龙兴、黄攀峰 08材料2班 代佩佩、李珍珍、姜玉宏 指导老师：沈杭燕 副教授
研Baidu Nhomakorabea背景
燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染
小等优点而受到世界各国的普遍重视，其中质子 交换膜燃料电池具有低温快速启动、比能量高、 无噪音、无污染等诸多优点，是电动汽车和可移 动小型供电系统的理想能源，亦作电子设备的不
图2-2 三杯搅拌结束时的质子交换膜溶液
2、质子交换膜的制备
第一步，将前一天备好的3份质子交换膜溶液再搅拌1.0h，其过程同 上的第三步，只是已有磁铁搅拌颗粒，无需再加，到时后关闭仪器。
第二步，在质子交换膜搅拌的同时，用蒸馏水清洗9块玻璃片，再用 酒精擦洗，然后将9块玻璃按3块一排排列在报纸上。随后用酒精擦拭 可调式涂抹器，擦好后放在干净安全处。 第三步，待质子交换膜溶液搅拌完毕，取下烧杯。调整可调式涂抹器， 将涂膜厚度调为500um。将涂抹器的倒入溶液的一边对着3块玻璃， 另一边与第一块玻璃边缘对齐。先将标有110316A的小烧杯中的溶液 倒入涂抹器中，以一定的适当速度移动涂抹器，使溶液均匀地涂膜在 3块玻璃片上。拿起涂抹器，用酒精擦洗。以同样的方法，同样的厚 度，涂抹标有110613B和110613C两份溶液。
第四步，待涂膜完毕，将9块玻璃片按顺序平整地放入垫有报纸的自 动烘焙箱中，调其温度为60℃。 第五步，20h后，按顺序取出9块玻璃片，用刻刀分别取下9片质子交 换膜。按110316A、110316B、110316C分别将9片膜装入3个密封袋中， 待检测其性能。最后，清洗仪器，整理试验台。
图2-3 可调式涂膜器
图2-4 质子交换膜
三、膜性能测试结果
本研究采用交流阻抗法来测量膜的离子电导率。
测量仪器为安捷伦4294A。
图3-1显示制备得到的质子交换膜导电率随温度的变化规律。 随着测试温度从25℃增加到150℃，膜的质子导电率逐渐增大， 最大质子导电率可达2.5×10-4 S cm-1。
四、实验总结
本课题成功制备出具有一定中低温质子导电率的 氧化铝-有机复合质子交换膜，开发出复合膜的制备
研究目的
目前国内外应用最广泛的是以全氟磺酸为骨架的Nafion 膜，Nafion在常温和高湿度下能达到高的质子导电率， Nafion价格昂贵,约1000美元／㎡，另外，Nafion导电率随 温度升高而降低，Nafion膜能透过甲醇和氢，这些都限制 了Nafion的应用。这就迫切要求开发导电性能优良、成本 经济、甲醇渗透率低的新型电解质材料。 本项目以有机－无机复合方法制备新型质子交换膜， 建立完整的制备工艺，测试膜的导电性能，考察制备的膜 作为PEM的可行性。

实验部分：
一、实验设备及材料
1、玻璃、涂膜仪、烧杯、烘烤箱、电子天平、称量纸、 一次性手套、研钵、一次性滴管、恒温加热磁力搅拌器、 报纸、小刀、吹风机； 2、FR921、N-N二甲基乙酰胺、CsHSO4、无水乙醇。
二、实验内容及步骤
1. 质子交换膜溶液的制备
第一步，取一小烧杯放于电子天平中，调零后称取20.0000g左右的 N,N-二甲基乙酰胺溶液。以同样的方法，共称取相同量溶液3份，均 放在电子天平旁边。 第二步，用电子天平称取3份3.0000g左右的FR921，将其分别倒入装 有已装有N,N-二甲基乙酰胺的烧杯中，并迅速用保鲜膜将其盖好，用 橡皮筋捆扎。
第三步，用小刀分别在保鲜膜上划开一个小口，均放进一含有磁铁的 搅拌颗粒，再同时将小烧杯分别置于恒温加热磁力搅拌器上，并插入 热敏电阻测温。然后开启恒温加热磁力搅拌器，搅拌速度为2，温速 为1.5，最后以50℃搅拌1.0h左右，到时后关闭仪器。
第四步，在上述溶液搅拌的同时，取3.5000克左右的CsHSO4固体， 用电子天平称取符合区间段内数据的CsHSO4固体，再加入研钵中， 进行研磨，至颗粒细变为粉末状为止。 第五步，待CsHSO4固体研磨和上述的搅拌均完成后，分别往小烧杯 中加入研磨好的CsHSO4的量为1.0000g、1.5000g、0.6000g，并按顺 序分别编号为110316A、110316B、110316C。继续盖上保鲜膜，分别 放在恒温加热磁力搅拌器上，并插入热敏电阻测温。重新开启其开关， 搅拌速度为2，温速为1.5，搅拌时间为1.5h，到时后关闭仪器。 第六步，搅拌完成后，该小烧杯中的溶液即质子交换膜溶液，将3个 小烧杯上的保鲜膜均换新，仍用橡皮筋捆扎着，放在实验室相应的位 置，待第二天涂膜。最后，清洗试验器材，整理试验台。