Preparation of PTFE/PAA/Nafion Composite Membrane by Aqueous Polymerization of Acrylic Acid and Its Properties

doi:10.7503/cjcu20220350

Abstract

Abstract:

Low cost proton membrane can be prepared by using cheap polytetrafluoroethylene as substrate and a small amount of Nafion film and polytetrafluoroethylene（PTFE） film. But hydrophobic PTFE film and hydrophilic Nafion do not combine well. In this paper， the surface of hydrophobic PTFE material was designed. Firstly， the hydrophobic PTFE film surface was modified with acrylic acid， and then sprayed with hydrophilic Nafion film to complete the preparation of low-cost PTFE/PAA/Nafion film. The results showed that the water contact angle of PTFE material before modification was 150°， and that of composite film after modification was 55.6°. The mechanical strength and size stability（fracture strength of 25.2 MPa， swelling rate of 11.9% at 80 ℃） of the composite film were better than those of Nafion117 film， while the amount of Nafion was reduced by 60%. The composite membrane has high proton conductivity（up to 131.9 mS/cm at 80 ℃）， which is close to that of Nafion117 film， and the maximum power density can reach 404.2 mW/cm².

Key words: Low cost, Proton exchange membrane, Polytetrafluoroethylene film, Hydrophilic modification, Mechanical strength

CLC Number:

O631.2

TrendMD:

JIA Hongjun, ZHANG Jiatao, MA Zhuoli, WANG Heng, YANG Xinyu, YANG Jiazhi. Preparation of PTFE/PAA/Nafion Composite Membrane by Aqueous Polymerization of Acrylic Acid and Its Properties[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220350.

Figures/Tables 12

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Reaction time/h	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5
Water contact angle/（°）	103.2	74.8	58.5	52.2	43.6
Film thickness/μm	15	16	17	18	33

Reaction time/h	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5
Water contact angle/（°）	103.2	74.8	58.5	52.2	43.6
Film thickness/μm	15	16	17	18	33

Sample	C（%）	F（%）	O（%）	S（%）
PTFE film	61.2	38.7	0.1
PTFE/PAA film	69.2	27.6	3.2
PTFE/PAA/Nafion film	66.4	19.1	13.6	0.9

Sample	C（%）	F（%）	O（%）	S（%）
PTFE film	61.2	38.7	0.1
PTFE/PAA film	69.2	27.6	3.2
PTFE/PAA/Nafion film	66.4	19.1	13.6	0.9

Sample	Film thickness/μm	Tensile strength at break/MPa	Elongation at break（%）
PTFE film	15	23.7	120.5
PTFE/PAA film	18	24.3	109.4
PTFE/PAA/Nafion film	20	25.2	23.7
Nafion117 film	183	12.4	24.6