[发明专利]一种应用于锌铁液流电池SPEEK隔膜的制备方法

说明书

本发明涉及锌铁氧化还原液流电池(ZFB)所用隔膜领域，具体是一种应用于锌铁液流电池SPEEK隔膜的制备方法，解决现有商业化隔膜存在的离子交换膜离子渗透严重、价格昂贵等问题。以低成本聚醚醚酮(PEEK)为原料，采用合适磺化度的SPEEK作为合成膜的原料，采用分步分散、溶液浇注等成膜方法来制备SPEEK隔膜。本发明制备的隔膜具有良好的离子选择性、优异的离子传导率、良好的机械性能和化学稳定性以及优良的单个ZFB电池性能等优点，具备大规模应用于锌铁及其他液流电池领域。

技术领域：

本发明涉及氧化还原液流电池(简称ZFB)所用隔膜领域，具体是一种应用于大规模锌铁液流电池储能的磺化聚醚醚酮(SPEEK)隔膜的制备方法。

背景技术：

随着化石燃料等不可再生能源的日益枯竭及其带来的环境污染等问题，清洁能源的利用引起了广泛的关注。但是由于风能和太阳能等自然资源受环境的影响，具有不稳定和不连续的特点，使得人们对于可再生能源的利用收到了限制。液流电池技术是用于新型清洁能源配套的大规模储能最具可行性的电化学储能技术，在大规模能源存储上有很大优势。目前，制约液流电池商业化主要问题是成本过高。其中高成本隔膜材料是液流电池系统成本主要限制因素，因此发展低成本、具有良好性能的隔膜材料是促进液流电池商业化发展的关键。一种良好的隔膜材料应具备良好的离子传导率、良好的稳定性、优越的离子选择性等。现阶段存在的隔膜都难以满足商业化需求。

目前，随着液流电池研究的逐渐深入，作为电池关键材料的隔膜材料也被广泛研究，国内外示范性工程主要采用的隔膜材料为美国杜邦公司的Nafion系列膜，但是Nafion具有离子选择性能差，电池自放电现象严重，价格昂贵等缺点制约其在液流电池产业化发展中的应用。同时出现了其他不同原料制成的不同性能的隔膜，比如PBI多孔隔膜，聚砜树脂隔膜以及改性的Nafion系列隔膜等等。虽然增强隔膜的某些性能，但是这些改性隔膜的价格仍然高昂，制约着液流电池的商业进程。同时，研究人员试图开发新型低成本隔膜材料，以满足现在隔膜需求问题。

发明内容:

为了克服现有技术的不足，突破传统离子交换膜的束缚，本发明的目的在于提供一种应用于锌铁液流电池SPEEK隔膜的制备方法，解决现有商业化隔膜存在的离子渗透严重以及价格昂贵等问题。采用该方法可获得价格远远低于Nafion膜的SPEEK隔膜，其具有离子选择性好、离子传导率高、化学稳定性强以及单个锌铁电池性能良好等优点。

本发明的技术方案如下：

一种应用于锌铁液流电池SPEEK隔膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)SPEEK溶液的制备方法：按重量份计，将1份干燥的PEEK粉末溶于98wt％的浓硫酸中，PEEK粉末与浓硫酸的质量体积比g/mL为1/50-1/10，在25-80℃恒温条件下搅拌反应0.5-5h；

(2)将步骤(1)反应结束后的溶液用去离子水洗涤至中性，在25-100℃条件下干燥20-30h得到干燥SPEEK；

(3)将步骤(2)所得干燥SPEEK溶于高沸点有机溶剂中，配成SPEEK与有机溶剂的质量体积比g/mL为1/50-1/10的SPEEK溶液；

(4)将(3)所得SPEEK溶液取出，搅拌并超声得到SPEEK溶液；

(5)将步骤(4)所得SPEEK溶液加入带槽玻璃板中，再采用溶液浇注法成膜，升温干燥处理，得到SPEEK隔膜。

所述的应用于锌铁液流电池SPEEK隔膜的制备方法，步骤(1)中，搅拌速度为100-1000r/min。

所述的应用于锌铁液流电池SPEEK隔膜的制备方法，步骤(2)中，干燥SPEEK的磺化度为10-80％。