[发明专利]一种全钒液流电池隔膜及其制备方法

权利要求书

1.一种全钒液流电池隔膜，其特征在于，是由聚偏氟乙烯辐射接枝聚合物和酸处理后的无机碳材料组成的复合膜，通过下述方法制备得到：

1)对聚偏氟乙烯粉体进行辐射接枝，得到接枝聚合物；

2)将表面酸处理后的无机碳材料加入到有机溶剂中制成分散液，然后将步骤1)制备的接枝聚合物加入到该分散液中，并在20-60℃溶解成均相铸膜液，制备出接枝聚合物/无机碳材料复合膜；

3)将步骤2)得到的接枝聚合物/无机碳材料复合膜进行磺化和质子化反应后干燥。

2.如权利要求1所述的全钒液流电池隔膜，其特征在于，所述无机碳材料选自下列材料中的一种或多种：炭黑、石墨、碳纳米管和石墨烯。

3.一种全钒液流电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

1)对聚偏氟乙烯粉体进行辐射接枝，得到接枝聚合物；

2)将表面酸处理后的无机碳材料加入到有机溶剂中制成分散液，然后将步骤1)制备的接枝聚合物加入到该分散液中，并在20-60℃溶解成均相铸膜液，制备出接枝聚合物/无机碳材料复合膜；

3)将步骤2)得到的接枝聚合物/无机碳材料复合膜进行磺化和质子化反应后干燥。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)采用下述方法a或b对聚偏氟乙烯粉体进行辐射接枝：

a.将聚偏氟乙烯粉体、接枝反应单体和溶剂加入到辐照管中，通氮气后密封，用⁶⁰Coγ-射线或电子束在进行共辐射接枝反应；

b.在无氧环境中，用⁶⁰Coγ-射线或电子束对聚偏氟乙烯粉体进行辐照，然后将辐照后的粉体与接枝反应单体溶液混合，在一定的温度下反应一段时间；

反应完毕后，将接枝粉体用去离子水洗净均聚物和未反应的单体，得到接枝聚合物。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，方法a在室温下进行辐照，吸收剂量为5～100kGy，所述接枝反应单体选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、三氟苯乙烯和甲基丙烯酸二甲胺乙酯中的一种或多种，所述溶剂选自丙酮、二氯乙烷、四氢呋喃和异丙醇中的一种或多种；方法b用⁶⁰Coγ-射线或电子束辐照聚偏氟乙烯粉体的吸收剂量为5～100kGy，辐照后的聚偏氟乙烯粉体在-80～0℃下进行保存；所述接枝反应单体选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、三氟苯乙烯和甲基丙烯酸二甲胺乙酯中的一种或多种；接枝反应单体溶液的溶剂选自丙酮、二氯乙烷、四氢呋喃和异丙醇中的一种或多种；辐照后的聚偏氟乙烯粉体与接枝反应单体溶液混合后的反应温度为30-90℃，反应时间为0.5～12h。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，方法a和方法b中，所述接枝反应单体与聚偏氟乙烯粉体的质量比为1∶10～1∶2。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述无机碳材料选自炭黑、石墨、碳纳米管和石墨烯中的一种或多种，通过下述方法之一对其进行表面酸处理：i)将一定量的无机碳材料放入体积比为1∶1～5∶1的浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，分散0.5～2h，离心水洗后烘干备用；ii)将一定量的无机碳材料放入浓硝酸中60～100℃回流2～5h，离心水洗后烘干备用。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所用有机溶剂选自下列溶剂中的一种或多种：N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮；无机碳材料与接枝聚合物的质量比为0.1～1∶100；接枝聚合物与分散液的质量比为1∶20～3∶10。

9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中将所述铸膜液注入刮膜机形成300～1000μm的液层，在50～100℃干燥5～24h后脱模，制得接枝聚合物/无机碳材料复合膜。

10.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3)将接枝聚合物/无机碳材料复合膜置于0.5～2mol/L氯磺酸的二氯乙烷溶液中磺化6～24h，随后在0.5～2mol/L盐酸中进行质子化反应直到平衡，最后于50～90℃干燥5～24h。