[发明专利]离子交换膜以及生产离子交换膜的方法、膜电极组件和氧化还原液流电池组

说明书

目的：为了提供能够实现高质子传输能力和高离子渗透选择性的离子交换膜、包括所述离子交换膜的膜电极组件和包括所述膜电极组件的氧化还原液流电池组。解决方法：本公开的一个方面提供用于氧化还原液流电池组的离子交换膜，该离子交换膜包含离子导电聚合物和非织造织物，其中非织造织物设置在离子导电聚合物中。本公开的另一个方面提供膜电极组件，该膜电极组件包括正极、负极和本公开的用于氧化还原液流电池组的离子交换膜，其中用于氧化还原液流电池组的离子交换膜设置在正极和负极之间。本公开的另一个方面提供包括本公开的膜电极组件的氧化还原液流电池组。本公开的另一个方面提供用于生产用于氧化还原液流电池组的离子交换膜的方法。

技术领域

本公开涉及离子交换膜以及用于生产离子交换膜的方法、膜电极组件和氧化还原液流电池组。

背景技术

一般来讲，氧化还原液流电池组包括含有正电解质溶液和正极的正电池、含有负电解质溶液和负极的负电池，以及被布置成分离正电池和负电池的离子交换膜。将正电解质溶液和负电解质溶液从相应的槽供应到正电池和负电池中的每一者，并且在已进行氧化反应(在正电池中)和还原反应(在负电池中)之后循环回到相应的槽。在氧化还原液流电池组中，正电解质溶液和负电解质溶液可包含相同种类的金属离子。例如，在钒型氧化还原液流电池组中，使用正电解质溶液与负电解质溶液的组合，其中正电解质溶液为含有四价和五价钒的硫酸盐溶液，并且负电解质溶液为含有二价和三价钒的硫酸盐溶液。在充电期间，四价钒在正极处被氧化为五价钒，并且三价钒在负极处被还原为二价钒。在放电期间，发生与以上反应相反的反应。需要离子交换膜，以允许质子从正电池渗透到负电池，同时分离正电解质溶液和负电解质溶液。另一方面，期望离子交换膜基本上不允许电解质溶液中的金属离子渗透通过。然而，上述金属离子渗透(即“跨越”)在常规离子交换膜中可以变得有问题。特别地，钒离子渗透的问题在上述钒型氧化还原液流电池组中是显著的。金属离子通过离子交换膜的渗透导致电流效率(即实际可获得的电功率与存储的电功率的比率)下降。

专利文档1描述包括电解槽的氧化还原液流可再充电电池组，该可再充电电池组包括：正电池隔室，该正电池隔室包括正极，该正极包括碳电极；负电池隔室，该负电池隔室包括负极，该负极包括碳电极；和电解质膜，该电解质膜作为隔离和分离正电池隔室和负电池隔室的分离膜，其中正电池隔室包括含有活性材料的正电解质溶液，并且负电池隔室包括含有活性材料的负电解质溶液，并且可再充电电池组可基于电解质溶液中活性材料的化合价变化来充电和放电。电解质膜包含离子交换树脂组合物，该组合物的主要组分为具有由式(1)(本文未示出)表示的结构的含氟聚合物电解质聚合物，并且电解质膜具有三个或更多个层的多层结构。在氧化还原液流电池组中，与正极和负极相邻的外层平衡时的水含量大于与正极和负极中的任一者不相邻的中间层平衡时的水含量。

专利文档2描述液体循环型电池组，其中正极和负极(包括液体渗透多孔碳电极)通过分离膜来分离，并且氧化还原反应通过将正极溶液和负极溶液传递到正极和负极来进行，因此，电池组可充电和放电。在此类电池组中，分离膜包括符合以下(1)的离子交换膜，并且正极溶液和负极溶液包括符合以下(2)的电解质溶液。

(1)包括聚合物薄膜的离子交换膜，其中具有由式I(本文未示出)表示的结构的芳族聚砜型聚合物的卤代烷基材料通过多胺交联作为离子交换体层，其中聚合物薄膜的离子交换容量为0.3至0.8毫当量/(克的经干燥的树脂)，并且厚度为0.1μm至120μm；

(2)钒离子的浓度为0.5mol/L至8mol/L。