[发明专利]一种磺化聚酰亚胺-磷酸钨酸复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磺化聚酰亚胺‑磷酸钨酸复合膜及其制备方法。本发明通过将磺化聚酰亚胺膜溶解于间甲苯酚中，加入磷钨酸，混合搅拌11～13h，将混合溶液过滤得到的聚合物纤维经过洗涤、干燥后，得到磺化聚酰亚胺‑磷酸钨复合膜；将磺化聚酰亚胺‑磷酸钨复合膜溶于间甲苯酚中制备成质量浓度为5％的铸膜液，液流延至干净的玻璃板上，经烘干、干燥、冷却后，从玻璃板上分离出薄膜，将该薄膜依次经过去残留溶剂、去质子化处理、冲洗、干燥后，得到磺化聚酰亚胺‑磷酸钨酸复合膜。本发明制备的复合膜均一性很好，具有良好的分散性能、强机械度、优异催化活性和低钒离子交换率等特点，可应用于全钒液流电池。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，尤其涉及一种磺化聚酰亚胺-磷酸钨酸复合膜及其制备方法。

背景技术

由于风能、太阳能、潮汐能等可再生能源会随着季节变化，不能满足人们对电能持续、稳定、可控的需求，这就导致电能存储技术显得尤为至关重要。全钒液流电池(即VRB)作为一种大的静态储能设备可以用于解决能源开发过程中的储能问题。自1985年以来，由Skyllaska-zacos团队首次提出的钒流电池系统(即VRB)，因为它更快的响应，更长的循环寿命，灵活的设计等技术优势，在过去的几年中受到了相当的关注，作为钒流电池系统(VRB)的关键组成部分，离子交换膜(IEM)，不仅分离了两个电解槽，以防止电解溶液的混合，而且还允许选择性地运输质子(H⁺)。一个理想的VRB膜应该具有高质子导电性，低钒渗透性和良好的氧化性。目前，全氟磺酸聚合物，如杜邦Nafion，是最常用的离子交换膜材料，然而，Nafion膜也存在着高钒离子渗透性和严重水转移的其他缺点，从而降低了VRB系统的库仑效率和能源效率。因此，寻找新型离子交换膜成为钒电池发展的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磺化聚酰亚胺-磷酸钨酸复合膜及其制备方法，旨在解决钒流电池离子交换膜选择性的问题。

本发明是这样实现的，一种磺化聚酰亚胺-磷酸钨酸复合膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将磺化聚酰亚胺膜溶解于间甲苯酚中，得到磺化聚酰亚胺膜质量浓度为8％～12％的溶液1，将磷酸钨溶于溶液1中，得到磷酸钨质量浓度为6％～8％的溶液2，将溶液2混合搅拌11～13h后进行过滤，将过滤得到的聚合物纤维洗涤、干燥后，得到磺化聚酰亚胺-磷酸钨复合膜；

(2)将磺化聚酰亚胺-磷酸钨复合膜溶于间甲苯酚中，得到复合膜质量浓度为5％的铸膜液，将铸膜液流延至干净的玻璃板上，经烘干、干燥、冷却后，从玻璃板上分离出薄膜，将该薄膜依次经过去残留溶剂、去质子化处理、冲洗、干燥后，得到磺化聚酰亚胺-磷酸钨酸复合膜。

优选地，在步骤(1)中，所述洗涤、干燥具体为：用丙酮洗涤残留的试剂，在120℃下真空干燥24小时。

优选地，在步骤(2)中，所述烘干、干燥、冷却具体为：在80～85℃温度下烘干12小时，在110℃温度下干燥15h，在室温下冷却。

优选地，在步骤(2)中，所述去残留溶剂具体为：室温条件下，将膜浸泡于甲醇中24小时；所述去质子化处理具体为：室温条件下，将膜在2.0M HCl中浸泡48小时，再将膜在50℃三乙醇胺溶液中浸泡12小时；所述冲洗为用蒸馏水将膜冲洗干净；所述干燥为在120℃温度、真空环境下干燥12小时。

优选地，在步骤(1)中，所述磺化聚酰亚胺膜的制备包括以下步骤：

A、将4，4-二氨基-2，2'-二磺酸联苯胺、间甲苯酚混合后加入到蒸馏器中，蒸馏器中通入氮气，室温下逐滴加入三乙醇胺并磁力搅拌均匀，升温至70℃、回流搅拌至4，4-二氨基-2，2'-二磺酸联苯胺完全溶解；其中，所述4，4-二氨基-2，2'-二磺酸联苯胺、间甲苯酚、三乙醇胺的质量体积比为2.96g：68mL：2.5mL；