[发明专利]具有拥有最大水域团簇尺寸的水合离子交换膜的液流电池

权利要求书

1.一种液流电池，其包含：

至少一个电池单元，所述电池单元包括第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极和布置在所述第一电极和所述第二电极之间的电解液隔膜层；

在所述至少一个电池单元的外部的供给/存储体系，所述供给/存储体系包括与所述至少一个电池单元流体连接的第一和第二容器；和所述供给/存储体系中的第一和第二流体电解液，

其中所述电解液隔膜层包括包含碳主链和从所述碳主链延伸的侧链的聚合物的水合离子交换膜，所述侧链包括具有通过次级键合连接至其上的水分子以形成水域的团簇的亲水性化学基团，所述团簇具有不大于4纳米的平均最大团簇尺寸，每个亲水性化学基团的水分子的平均数λ(lambda)大于零，所述不大于4纳米的平均最大团簇尺寸和所述λ(lambda)限制了钒或铁离子穿过所述水合离子交换膜的迁移，所述水合离子交换膜具有至少6％的结晶度百分比且所述聚合物是具有800g/eq至1500g/eq的当量的全氟磺酸。

2.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述碳主链为全氟化的。

3.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述亲水性化学基团为磺酸基-SO₃H。

4.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述亲水性化学基团为羧酸基-COOH。

5.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述亲水性化学基团为所述侧链的端基。

6.根据权利要求1所述的液流电池，其中λ(lambda)小于或等于22。

7.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述水合离子交换膜具有0.01至0.2S/cm的比电导率。

8.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述水合离子交换膜具有25–178微米的平均厚度。

9.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述第一和第二流体电解液包括钒的电化学活性物质。

10.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述水合离子交换膜包括键接至所述亲水基的阳离子和阴离子的至少一种。

11.根据权利要求10所述的液流电池，其中所述水合离子交换膜包括阳离子，所述阳离子选自由下列组成的组：锂、钠、钾、铷、铯和它们的组合。

12.根据权利要求10所述的液流电池，其中所述水合离子交换膜包括阳离子，所述阳离子选自由下列组成的组：钾、铷、铯和它们的组合。

13.根据权利要求10所述的液流电池，其中所述水合离子交换膜包括阴离子，所述阴离子包括氯。

14.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述水合离子交换膜的最大设计运行温度低于所述聚合物的玻璃化转变温度。

15.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述侧链各自包括5个或更少的碳原子。

16.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述聚合物是交联的。

17.根据权利要求1所述的液流电池，其中所述亲水性化学基团分别包括与正化学基团键合的阴离子基团。

18.根据权利要求17所述的液流电池，其中所述正化学基团是胺基。

19.一种液流电池，其包含：

至少一个电池单元，所述电池单元包括第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极和布置在所述第一电极和所述第二电极之间的电解液隔膜层；

在所述至少一个电池单元的外部的供给/存储体系，所述供给/存储体系包括分别与第一和第二流场流体连接的第一和第二容器；和

所述供给/存储体系中的第一和第二流体电解液，

其中所述电解液隔膜层包括包含全氟化碳主链和从所述全氟化碳主链延伸的全氟化碳侧链的水合全氟磺酸离子交换膜，所述全氟化碳侧链以具有通过次级键合连接至其上的水分子以形成水域的团簇的亲水性化学基团封端，所述团簇具有不大于4纳米的平均最大团簇尺寸，每个亲水性化学基团的水分子的平均数λ(lambda)大于零并小于或等于22，所述离子交换膜具有至少6％的结晶度百分比且所述全氟磺酸具有800g/eq至1500g/eq的当量。