[发明专利]液流电池离子交换膜组件、其制备方法及包括其的液流电池

说明书

技术领域

本发明涉及液流电池技术领域，具体涉及一种液流电池离子交换膜组件、其制备方法及包括其的液流电池。

背景技术

液流电池是一类新型电化学储能体系，相比于其他储能技术，液流电池具有功率大、容量大、能量转换效率高、使用寿命长、安全性高、绿色环保等优点，在与光伏发电和风力发电配套的大规模储能系统、智能电网调峰、通讯基站以及分布式电源等领域具有广阔的应用前景。全钒氧化还原液流电池是液流电池中的一种，它以不同价态的钒离子电解液作为电池的正负极活性物质，正极为V⁴⁺/V⁵⁺电对，负极为V²⁺/V³⁺电对。电池的正负极通过离子交换膜隔开，正负极电解液分别存储于外部的两个储液罐中，通过泵将电解液泵入电池正负极室中完成电化学反应，再回到储液罐中形成闭合循环液流回路。

现有的液流电池堆结构如图1所示，其中10’为双极板，20’为液流框，30’为多孔电极，40’为离子交换膜，多孔电极30’嵌套于液流框20’的中间镂空部位，按图中所示次序不断重复叠放而成。为了避免电解液从离子交换膜40’与液流框20’的接触面处渗出，通常需要在离子交换膜40’两侧的液流框20’上嵌入密封圈(线密封)或添加密封垫片(面密封)来实现密封。然而，电池堆在实际运行中，离子交换膜往往会吸收电解液中的水分而发生溶胀变形，使得液流框与离子交换膜间很容易发生密封失效，导致电池堆漏液，另一方面溶胀后离子交换膜的机械强度下降，在密封圈或密封垫片长期施压状态下极易发生机械破坏，也容易导致电池密封失效。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种液流电池离子交换膜组件、其制备方法及包括其的液流电池，以解决现有技术中需要在离子交换膜两侧的液流框上嵌入密封圈或添加密封垫片进行密封以及离子交换膜溶胀变形带来的密封失效问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种液流电池离子交换膜组件。该液流电池离子交换膜组件包括：多孔膜；离子交换区涂层，设置在多孔膜的中间区域；密封区涂层，设置在多孔膜除离子交换区涂层外的区域。

进一步地，多孔膜为一体化多孔膜。

进一步地，多孔膜为有机多孔膜。

进一步地，多孔膜为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚芳醚酮、或聚醚砜材质的多孔膜。

进一步地，多孔膜具有上表面、下表面和多个贯穿性的孔洞，离子交换区涂层为在多孔膜的中间区域的孔洞内、上表面和/或下表面涂覆离子交换树脂形成；密封区涂层为在多孔膜除离子交换区涂层外的区域的孔洞内、上表面和/或下表面涂覆密封性材料形成。

进一步地，离子交换树脂为阳离子交换树脂或阴离子交换树脂。

进一步地，离子交换树脂含有无机纳米粒子。

进一步地，无机纳米粒子包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、碳纳米管及其衍生物、或石墨烯及其衍生物。

进一步地，密封性材料为密封性树脂或耐腐蚀橡胶。

进一步地，离子交换区涂层的厚度与密封区涂层的厚度相同或不同。

根据本发明的另一个方面，提供一种液流电池。该液流电池包括液流电池离子交换膜组件，液流电池离子交换膜组件为如上述任一种液流电池离子交换膜组件。

根据本发明的另一个方面，提供一种上述液流电池离子交换膜组件的制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1，以多孔膜作为基体材料，在多孔膜的中间区域涂覆离子交换区涂层；以及S2，在多孔膜除离子交换区涂层外的区域涂覆密封区涂层。

进一步地，多孔膜为一体化有机多孔膜。

进一步地，S1具体包括：将离子交换树脂溶于离子交换树脂的良溶剂中形成第一聚合物溶液，将第一聚合物溶液涂覆到多孔膜的中间区域，脱除离子交换树脂的良溶剂，使离子交换树脂固化成膜。

进一步地，第一聚合物溶液中进一步含有0.01～25wt％的无机纳米离子，无机纳米粒子包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、碳纳米管及其衍生物、或石墨烯及其衍生物。

进一步地，第一聚合物溶液中进一步含有0.01～5wt％的表面活性剂。