六氟丙烯

-偏氟乙烯共聚物(THV)薄膜、三氟氯乙烯-乙烯共聚物(ECTFE)等。

1·3　PVDF 膜在太阳能电池背膜中的应用
PVDF 树脂作为与 PVF 结构相接近的树脂产品,由于 PVDF 的含氟量 59%远大于 PVF 的
41%,其应用于背板膜时具有更好的性能。由于 PVDF 的含氟量高,其耐候性、阻隔性以及加工
适应性都优于其他氟材料

;用波长为 200~ 400 nm 的紫外灯照射 1 年,其性能基本不变;在室温

下不受酸、碱等强氧化剂和卤素腐蚀

; PVDF 熔融与热分解两者间温差大,因而容易成型加工,

能够挤出流涎成性能较好的薄膜等诸多优良性能

,使得 PVDF 成为太阳能电池背板的优良材

料。
但是由于 PVDF 膜表面能低,为非极性,膜表面与水无氢键作用,故有极强疏水性,难以与其
他基材粘接

,大大限制了其应用范围。因此 PVDF 树脂的粘接改性将成为未来研究的重点。

    2　燃料电池和钒电池用全氟磺酸离子交换膜的
    2·1　质子交换膜燃料电池与钒电池的介绍
    质子交换膜燃料电池(PEMFC)是继碱性燃电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐
燃料电池

(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)之后发展起来的第五代燃料电池。与其他燃

料电池相比

, PEMFC 具有:功率密度高(0·1~0·2 kW /kg)、工作电流密度大(1~4 A/cm2)、工作温

度低

(80~100

℃)、启动速度快(一般只需几秒)等优点。另外由于采用聚合物作为电解质,没有

电解液泄漏及腐蚀的问题

,环境污染小,使用寿命较长,其用途十分广泛,符合人类社会可持续

发展的要求

,具有很强的技术生命力。

质子交换膜燃料电池主要有离子膜电极、双极板组成,其示意图和作用原理如图 3 所示。在
阳极

,氢气在催化剂的作用下解离为 H+和电子, H+通过质子交换膜传导到阴极;在阴极, O2

在催化剂的作用下与透过质子交换膜传导到阴极的

H+发生反应,结合生成水。

质子交换膜是 PEMFC 结构中重要的组成部分,它决定了整个 PEMFC 的性能与使用寿命。
由于膜的成本较高

,很大程度上影响了整个电池系统的价格。膜的价格与性能越来越成为束

缚

PEMFC 发展与应用的主要因素。开发低成本、高性能的新型质子交换膜已成为燃料电池

领域研究的热点。
图 4 为钒电池工作原理示意图。如图所示,钒电池用不同价态的钒离子溶液分别作为正负
极活性物质

(正极为 V5+,负极为 V2+),通过外接泵把溶液从储液槽压入电池堆体内完成电化

学反应

(V5+得电子变为 V4+, V2+失去电子变成 V3+),反应后溶液又回到储液槽,活性物质不

断循环流动

,由此完成充放电。正极和负极之间由隔膜隔开。该隔膜只允许 H+通过, H+也就起

到了电池内部导电的作用。

钒电池的隔膜一般选用 Nafion117,它具有电阻低、钒离子不能通过的特点,有良好的离子导
电性和化学稳定性

,有一定的机械强度,但是有部分透水,而且价格贵,隔膜成本占了整个电堆

的

60% ~70%,因此隔膜的国产化和其他隔膜的改性处理是钒电池隔膜的发展方向和解决重

点。
    2·2　全氟磺酸离子交换膜的制备
    目前,全氟磺酸离子交换膜的成型方法主要有两种:熔融挤出法和流延法。
    2·2·1　熔融挤出法制备全氟磺酸离子交换膜
    全氟磺酸离子交换膜的工业化制造技术主要为熔融挤出法(即美国杜邦公司的 Nafion 膜和
日本

Asahi 公司的 Flemion 膜的工业制造技术)。借鉴一般热塑性树脂的成膜工艺,可采用熔融

平膜法挤塑工艺制造全氟磺酸离子交换膜

,该工艺制得的薄膜不但厚度均匀、性能好,而且制

备效率高

,可大规模工业化生产,但目前仅被美国和日本的少数几家公司所掌握。