[发明专利]一种聚偏氟乙烯多孔复合膜在液流电池中的应用

说明书

本发明涉及一种聚偏氟乙烯多孔复合膜在液流电池中的应用，多孔复合膜为聚偏氟乙烯、增强材料；增强材料为二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或两种以上；聚偏氟乙烯和增强材料的质量比为1：0.05‑2。隔膜具有机械强度高、成本低、效率高、稳定性好；制膜工艺简单可控，适于大规模生产；提高了传统聚偏氟乙烯隔膜的机械强度；可根据液流电池的需要，调节孔径分布和孔结构；本发明拓宽了液流电池隔膜的适用范围。

技术领域

本发明涉及一种隔膜在液流电池领域中的应用

背景技术

今年来，可再生清洁能源的使用呼声越来越高，可是风能、太阳能等可再生能源发电受季节、气象和地域条件的影响，具有明显的不连续、不稳定性。发出的电力波动较大，可调节性差。进而将可能对电网产生较大冲击。因此，随着风能、太阳能等可再生能源和智能电网产业的迅速崛起，储能技术成为万众瞩目的焦点。大规模储能技术被认为是支撑可再生能源普及的战略性技术，得到各国政府和企业界的高度关注。

储能技术包括物理储能和化学储能两大类。物理储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等。化学储能主要包括铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池等。然而各种储能技术都有其适宜的应用领域，适合大规模储能的化学储能技术主要包括液流电池、钠硫电池、铅酸电池、锂离子电池。综合考虑各种储能技术的优缺点，液流电池储能技术受到了更为广泛地关注。

在液流电池中，隔膜是电池的重要组成部分，在电池成本中所占比例较高。因此，开发成本低、性能高且稳定性好的电池隔膜，是降低电池成本、提升电池性能的重要途径之一。

聚偏氟乙烯(简称PVDF)凭借其自身的多种优点，被作为基本原料广泛应用在液流电池隔膜的制备中。以PVDF为基本原料制备的隔膜具有成本低、性能高且稳定性好等优点。但是以PVDF为基本原料制备的隔膜机械强度相对较差，组装大功率电堆时困难增加，这一弱点也限制了其在液流电池中的大规模应用。

因此提高以PVDF为基本原料制备的隔膜强度的工作受到了一定的关注，本发明就提供一种提高以PVDF为基本原料制备的隔膜强度的方法。

发明内容

本发明的目的是提高以PVDF为基本原料制备隔膜的强度，进而使其满足在大规模液流电池中的使用需求。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供一种高强度隔膜，其基本制膜原料为聚偏氟乙烯；增强材料为二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆等一种或两种以上；造孔剂包括磺化聚醚醚酮、聚乙烯吡咯烷酮、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、聚二烯丙基二甲基氯化铵等中的一种或两种以上；所述有机溶剂可以为DMSO、DMAC、NMP、DMF中的一种或两种以上。

以聚偏氟乙烯、二氧化硅、聚乙烯吡咯烷酮混合溶液为例。研究发现，聚偏氟乙烯是综合性能最佳的聚合物之一，PVDF耐化学药品性良好，在酸、碱环境下稳定，电性能优良。二氧化硅机械强度高，耐腐蚀性强。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)具有很好的溶解性，极易溶解于水和大部分有机溶剂，在隔膜制备中具有很好的造孔功能，这也为隔膜的制备提供了发挥了积极的作用。

所述共混多孔隔膜可按以下方法制备：

所述隔膜可按以下方法制备：

1)将聚偏氟乙烯与增强材料溶于有机溶剂中，在温度为10-40℃之间搅拌10小时以上，得到混合溶液；

2)将造孔剂加入步骤1)已配置好的溶液中，在温度为10-40℃之间搅拌10小时以上，得到制膜溶液；制膜溶液中聚偏氟乙烯的质量浓度为8-20％之间，增强材料的质量浓度为1-15％之间，造孔剂的质量浓度为10-30％之间；

3)将混合溶液涂布于平板上，采用溶剂挥发法用混合溶液制膜，温度40-80℃，挥发时间不少于10分钟；所述的隔膜的厚度为30-120μm；