[发明专利]液流电池用离子交换膜有效

专利信息
申请号: 201410145350.7 申请日: 2014-04-11
公开(公告)号: CN104037431B 公开(公告)日: 2017-12-12
发明(设计)人: 陈亚军;黄沛;肖晓杰 申请(专利权)人: 广东玖美新材料有限公司
主分类号: H01M8/0239 分类号: H01M8/0239;H01M8/0243
代理公司: 深圳市港湾知识产权代理有限公司44258 代理人: 微嘉
地址: 523808 广东省东莞松山*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 流电 离子交换
【说明书】:

技术领域

发明属于功能高分子膜材料技术领域,具体涉及一种液流电池用离子交换膜及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展,人们的生活水平也越来越高,同时对能源的需求也越来越大,但是近几年屡次发生的大规模、持续时间长的雾霾天气,严重影响了人们的身体健康和社会生产活动,因此发展新型清洁能源成为当前的战略问题。目前国内大规模开发利用可再生能源已经取得重要突破,如风能,太阳能,海洋能等等,但是这些新型能源受到天气环境等因素影响较大,在发电过程中不能保证连续稳定的输出,在新能源的开发利用,能量的储存和转化成为制约其发展的关键。

液流储能电池作为储能技术中的一种,它与其他储能技术相比,具有能量转换效率高、系统设计灵活、蓄电容量大、选址自由、可深度放电、安全环保、使寿命长、维护费用低等优点,可以广泛应用于风能、太阳能灯可再生能源发电储能、应急电源系统、备用电站和电力系统削峰填谷等方面。全钒液流电池作为液流电池中的一种,它具有安全性高、稳定性好、效率高、寿命长、成本低等优点,被公认为液流储能电池中最优前景和代表性的一种液流储能电池。

全钒液流电池的关键组件有电极、双极板、离子交换膜和电解液,离子交换膜在钒电池中起着阻隔正负极间电解液,同时传导离子,形成电池回路的作用,要求具体有阻钒性能好,电阻小,机械强度高,耐化学腐蚀性能好等特点,是钒电池中的关键材料之一。目前钒电池隔膜主要采用的是全氟磺酸型离子交换膜,尤其是现阶段处于垄断地位的美国杜邦公司Nafion型离子交换膜。该类离子交换膜具有优良的电化学性能和化学稳定性能,但是该牌号的离子交换膜价格高昂,使得钒电池组件的价格居高不下,严重的限制了钒电池的商业化应用。因此开发一款价格便宜、电性能优良、阻钒性能好的离子交换膜既能打破国外公司的技术垄断,同时又对钒电池的商业化应用起着非常重要的促进作用。

目前开发的钒电池用离子交换膜主要集中在开发原材料成本低廉、来源广泛的非氟离子交换膜,比如通过化学手段(磺化、接枝)将磺酸基团引入聚醚醚酮、聚醚砜、聚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺等常用工程塑料的主链上,然后在通过流延成型的方式制作离子交换膜。该类型离子交换膜具有成本低、膜拉伸强度高、阻钒性能好等优点,但是其电性能随磺化度的影响较大,最重要的缺陷是该类型离子交换膜的化学稳定性差,膜的长期运行性能受到质疑,目前为止这类离子交换膜还没有在钒电池商业化中成功应用。

另外有公开报道采用有机多孔分离膜作为钒电池隔膜的主体材料,同时在多孔分离膜的表层复合一层含有电荷基团的功能高分子薄膜材料并以此来提高多孔分离膜的离子选择透过性,该方法制备的复合膜化学稳定较高,成本低,理论上具备在钒电池中使用,但是该复合膜的均一性差,同时这层薄的致密膜在制备及使用过程中容易出现穿孔等现象,因此该类型隔膜在钒电池商业化应用上具有技术风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题,提供一种化学稳定性好、阻钒性能好且成本低廉的液流电池用离子交换复合膜。

为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:

一种液流电池用离子交换膜,包括有机多孔膜和全氟磺酸离子交换树脂,其中,有机多孔膜孔为基体,全氟磺酸离子交换树脂浸润于有机多孔膜的孔洞里。

进一步地,所述有机多孔膜的材质为高分子树脂。

进一步地,所述有机多孔膜的材质为聚砜、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚芳醚酮、聚醚砜或聚醚酰亚胺。

进一步地,所述有机多孔膜为单层多孔膜或多层多孔膜复合膜。

进一步地,所述有机多孔膜的孔径为5nm~30um,孔隙率为35~85%,多孔膜厚度为5~300um,拉伸强度为15~200MPa,拉伸断裂伸长率为20%以上。

进一步地,一种液流电池用离子交换膜的制备方法,包括以下步骤:

S1:制备全氟磺酸离子交换树脂溶液:

将全氟磺酸离子交换树脂按质量比为5~30%的比例溶解于全氟磺酸离子交换树脂的有机溶剂中,所述质量比为全氟磺酸离子交换树脂与其有机溶剂的质量之比;

S2:将有机多孔膜浸入乙醇或丙酮中浸泡2~8h,然后用去离子水将其清洗干净并晾干;

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