[发明专利]一种用于锌溴液流电池的多孔分离膜及其制法

说明书

本发明公开了一种多孔分离膜及其制法、利用该多孔分离膜所制电池，所述多孔分离膜原料包括以下质量分数的物质：膜基材9.8～60wt％、导电剂0.1～18wt％、溶剂20～90wt％、分散剂0.1～2wt％。所述制备方法包括以下步骤：(1)将膜基体材料、导电剂、溶剂、分散剂混合，经20～60℃搅拌研磨后得到料浆；(2)将料浆通过喷丝头挤出，在与水或乙醇中进行相转化成型，固化得到多孔分离膜坯体；(3)将多孔分离膜坯体进行烘干、切割，即可制得多孔分离膜。所述电池利用权多孔分离膜制得。本发明的多孔分离膜机械性能好，制备简单；此外，作为电池隔膜应用的传质阻力小，可以有效的降低电池的欧姆阻抗和极化阻抗。

技术领域

本发明涉及分离膜，具体为一种多孔分离膜及其制法、利用该多孔分离膜所制电池。

背景技术

锌溴液流电池是一种新型的电化学储能技术，这种电池通过电解液中正极侧溴离子和络合溴以及负极侧锌离子和锌单质相互转化，完成电能和化学能的相互转化，实现电能的存储和释放。充电过程中，正极溴离子失去电子生成络合溴，发生氧化反应，负极锌离子得到电子生成锌单质，发生还原反应，实现电能到化学能的转化。其它储能技术相比，锌溴液流电池具有如下的优点：1.安全性较高，2.可以进行深度的充放电，3.安全环保，4.价格低廉，5.系统设计较为灵活，电池功率与能量的配置较为独立。锌溴液流电池在风电、太阳能等新能源消纳、电网调峰调频、用户侧储能、应急电源系统等方便有着极佳的应用前景。

锌溴液流电池主要由三部分组成，包括电堆、电解液、管路系统等。其中电堆为双极性结构，电解液通过管路系统均匀的分配到每片单电池中。作为锌溴液流电池的核心部件，电堆一般需要包含隔膜、电极、电解液分配装置及集流装置等。其中，隔膜起到阻隔正负极之间的化学反应，提供离子通道并阻止电池自放电的作用。在锌溴液流电池中一般使用多孔分离膜，这种分离膜可以阻止电池正极生成的络合溴通过，但是可以为电解液中的溴离子和锌离子提供通道。多孔分离膜的厚度、孔径大小、孔隙率、电阻率、机械强度、化学稳定性等直接影响到电池的内阻和使用寿命，此外多孔分离膜的形状结构也可以改变电解液的流动方式，进而对电池的极化阻抗造成影响。从锌溴液流电池的性能角度出发，一般要求多孔分离膜有较低的面电阻和较低的络合溴渗透率，同时还要具有较好的机械强度和化学稳定性。

目前国内锌溴液流电池中使用的分离膜主要是平板状的多孔分离膜，通常使用平面挤出法、辊压法或流延法制备。这种方法制备的分离膜存在曲折因子高（4~10）、孔隙率低（≤30%）等缺点；且在使用过程中平板膜承受剪切力较大，容易出现膜基体疲劳或破损等现象，为了保证分离膜在使用过程中的机械强度，只有增加膜的厚度，这进一步增大了分离膜的传质阻力。传统制膜工艺中常选用萃取法、造孔剂法等造孔技术，这种方法造出的孔结构常常为无序的海绵状孔道，其曲折因子高，传质阻力大。平板膜应用于液流电池时，电堆中电解液的流场需要精细规划，以避免其在膜表面流动时出现流动不均匀甚至是死区等现象。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种机械性能好的多孔分离膜，本发明的另一目的是提供一种不容易出现膜基体疲劳或破损等现象的多孔分离膜的制备方法，本发明的再一目的是提供一种电解液流动均匀的利用多孔分离膜制得的管式锌溴液流电池。

技术方案：本发明所述的一种多孔分离膜，其原料包括以下质量分数的物质：膜基材9.8～60wt%、导电剂0.1~18 wt%、溶剂20~90 wt%、分散剂0.1~2 wt%。优选地，原料包括以下质量分数的物质：膜基材25～40wt%、导电剂1~2 wt%、溶剂60~70 wt%、分散剂1~2 wt%。

膜基材为聚乙烯和聚醋酸乙烯酯共聚物、聚醋酸乙烯酯、氯磺化聚乙烯、磺化聚乙烯、磺化聚乙烯和聚苯乙烯共聚物、聚N,N-二甲基丙烯酸丁酯、聚N,N-二甲基丙烯酸丁酯和磺化聚乙烯共聚物、聚异戊二烯、乙基纤维素中的一种或多种，聚乙烯优选分子量200万以上的超高分子量聚乙烯或分子量30万以下的HDPE高密度聚乙烯。