[发明专利]一种多孔复合离子膜的连续化制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔复合离子膜的连续化制备方法，属于全钒氧化还原液流电池技术领域。该方法是以化学稳定性好的全氟磺酸树脂为膜材料主体，加入不同功能的聚合物和添加剂，投入挤出机料斗中进行熔融塑化，挤出成型，将成型后的膜进入几个温度段进行降温，温度由高向低依次递减，降温后的膜进入萃取液中进行萃取，将添加剂萃取出来而致孔，最后将萃取后的膜进入去离子水洗涤，收卷成膜，得到多孔复合离子膜。本发明中离子复合膜的连续制备工艺简单，所制备膜低溶胀、尺寸稳定性好、机械强度高、钒离子渗透率低、具有良好的化学、热稳定性，可适用于全钒氧化还原液流电池(VRB)，操作简单，对设备和操作人员的要求不高。

技术领域

本发明涉及全钒氧化还原液流电池(VRB)技术领域，具体涉及一种多孔复合离子膜的连续化制备方法，所制备的多孔复合离子膜用于全钒液流电池。

背景技术

开发风能、太阳能等新能源是解决能源资源短缺的重要途径，代表着能源未来发展的方向。但受制于时间和地域依赖性，离网的风能、太阳能发电必须使用储能系统，否则很难全天候利用。而直接并网也必须采用储能系统对电网进行调峰和调频，否则会对电网功率和频率带来较大的冲击。因此，高效、大规模的能量存储技术就成为其发展应用的关键核心。

钒电池(钒氧化还原液流电池/Vanadium redox flow battery)是基于VO²⁺/VO₂⁺与V²⁺/V³⁺电对的液流储能电池技术，能量存储于电解液中。与传统的蓄电池相比，钒电池可大电流快速充放电、自放电率低，实现能量的大容量存储，是满足智能电网以及风能、太阳能发电对大规模储能需求的理想储能形式，我国丰富的钒资源优势也为发展钒电池储能技术提供了条件。

全钒氧化还原液流电池是用V(II)/V(III)和V(IV)/V(V)氧化还原电对的H₂SO₄溶液分别作正负半电池电解液的。H₂SO₄电离成H⁺和SO₄^2-，然后电解液中H⁺持续代替离子交换膜中的H⁺，并进入另一室电解液中，完成导电过程。当放电时，电池正极电解液中的VO₂⁺离子被还原为VO²⁺离子，负极电解液中的V²⁺离子被氧化为V³⁺离子。当充电时，过程刚好相反。

钒电池发展到今天，已经达到一个比较先进的水平，但仍然有许多关键问题迫切需要解决，其中关键性材料隔膜就是其中之一，钒电池中隔膜具有隔离正、负极电解质溶液、阻止不同价态钒离子相互渗透的作用，防止正、负极电解液的交叉污染提高离子选择性，质子能自由通过，对不同价态的钒具有高选择性。目前为止全钒液流电池使用的隔膜主要是美国杜邦公司生产的Nafion膜，其成膜工艺为挤膜法，在世界全氟离子膜领域杜邦公司垄断多年。国内主要采用溶液铸膜法制备隔膜，申请号200680044207.2的专利中，公开了一种溶液的铸膜法，然而溶液铸膜法溶剂的用量大，生产效率低、对环境污染严重。虽然Nafion膜化学稳定性好、质子传导率高，但是该类膜的一些缺点是钒离子透过率高，尺寸稳定性不好，价格昂贵在一定程度上限制了它的大规模应用。因此，开发一种高生产效率、高性能的隔膜对钒电池的商业化应用起着非常重要的作用。

发明内容

为了解决目前使用的全氟磺酸质子交换膜钒离子透过率高和国内隔膜制备工艺生产效率低等问题，本发明的目的在于提供一种多孔复合离子膜的连续化制备方法，该方法制备复合膜工艺简单，生产效率高，可连续化生产，价格低廉，可适用于全钒氧化还原液流电池(VRB)。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：