[发明专利]一种非离子型侧链修饰聚苯并咪唑膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种非离子型侧链修饰聚苯并咪唑膜及其制备方法，属于全钒液流电池用隔膜的制备技术领域。适用于全钒液流电池中的非离子型膜，以聚苯并咪唑为主链，接枝非离子型侧链后获得膜材料并制膜，膜在具有较高电导率的同时又可以提高膜的化学稳定性，使膜具有较高的电池性能，可以作为电池隔膜应用到全钒液流电池中。

技术领域

本发明属于全钒液流电池用隔膜的制备技术领域，具体涉及一种非离子型侧链修饰聚苯并咪唑膜及其制备方法。

背景技术

随着经济和社会的不断发展，对能源的需求和消耗越来越多。化石能源面临枯竭，同时化石能源的大量消耗造成温室效应和环境污染，能源问题和环境危机日益凸显，大力推进太阳能、风能等可再生清洁能源的开发利用势在必行，越来越受到各国的高度重视。然而太阳能、风能等可再生能源因受天气变化的影响具有不稳定、不连续、不可控的非稳态特点，对电网的稳定性和安全性会造成很大冲击。大规模高效储能技术与可再生能源发电技术相结合可以有效地克服这些能源的非稳态缺点，提高电力系统的稳定性，改善电能的品质，提高能源的利用率，同时保证持续的能源供应和友好的生态环境。液流电池因具有循环寿命长、绿色环保、设计灵活、运行安全、选址自由、容易实现规模化等一系列优点，成为目前最受关注、发展最快、最具前景的储能技术之一。

全钒液流电池的核心构件为电极、电解液以及离子交换膜。其中离子交换膜为核心构件之一很大程度决定了电池的寿命、性能、成本。离子交换膜在全钒液流电池中的作用主要有两个：一个是分离正负极电解液，防止电池内部短路，避免交叉污染；另一个是传导质子，连通电池回路。全钒液流电池运行或搁置过程中，正、负极不同价态的钒离子会通过离子膜交叉渗透，由此会引起水溶剂迁移而导致正、负极电解液的失衡，大大降低全钒液流电池的能量效率和循环寿命。目前广泛使用的商业化离子交换膜为美国杜邦公司的Nafion膜，但是其具有成本高、钒渗透严重、水迁移严重等问题。因此，开发一种低成本、长寿命、高离子传导率及高选择性的离子交换膜显得尤为重要，也是我们目前急待解决的问题。

发明内容

本发明旨在确保聚苯并咪唑膜传质能力的同时提高化学稳定性的能力，提供了一种非离子型侧链修饰聚苯并咪唑膜的制备方法：使用具有良好热稳定性和机械性能的聚苯并咪唑聚合物，再对聚合物进行接枝非离子侧链得到非离子型侧链修饰的聚苯并咪唑并制膜。所制备的膜具有良好化学稳定性和较高的离子传导率，可应用于全钒液流电池中。

本发明的技术方案：

一种非离子型侧链修饰聚苯并咪唑膜，其结构式如下：

其中，x＝0～1；y＝0～1；n为2～10的正整数。

一种非离子型侧链修饰聚苯并咪唑膜的制备方法，步骤如下：

(1)聚苯并咪唑聚合物的溶解：在惰性气体保护下，50～80℃的油浴锅中将聚苯并咪唑溶解于溶剂A中，完全溶解后再加入碳酸钾，反应3h以上；

所述的聚苯并咪唑的分子量为5000～200000；

所述的聚苯并咪唑：碳酸钾的摩尔比为1：1～3；

所述的聚苯并咪唑、碳酸钾在溶剂A中的w/v均为1～20％；

所述的溶剂A为二甲基亚砜或N,N-二甲基乙酰胺；

(2)非离子型侧链修饰聚苯并咪唑聚合物的合成：将含有羟基的溴单体加入到一定量的溶剂A中进行稀释，得到稀释液；将稀释液每四个小时一次，每次1～2ml加到步骤(1)的反应液中，加完后在50～80℃反应12h以上；

所述的含有羟基的溴单体结构如下：

其中n为2～10的正整数；

所述的聚苯并咪唑：含有羟基的溴单体的摩尔比不大于3；