[发明专利]一种碱性氧化还原液流电池用离子交换膜的制备方法

说明书

本发明涉及碱性氧化还原液流电池储能领域，具体是一种碱性氧化还原液流电池用离子交换膜的制备方法，主要用于解决现阶段碱性液流电池中Nafion隔膜价格昂贵的问题，从而大幅度降低液流电池成本。以铁氰化物(如：Na₃[Fe(CN)₆]、K₃[Fe(CN)₆]、(NH₄)₃[Fe(CN)₆]等)的碱性水溶液作为正极电解液，以强碱溶液(如：KOH、NaOH等)作为负极电解液；选用石墨毡、碳毡作为正极材料，锌板作为负极材料；采用离子化后的磺化聚醚醚酮(SPEEK)隔膜作为离子交换膜组装电池。从而，获得具有低成本和高性能的碱性氧化还原液流电池体系。本发明中的液流电池体系具有开路电压高、成本低、效率高、循环稳定性好、安全可靠等优点，具有广阔的应用前景。

技术领域：

本发明涉及碱性氧化还原液流电池储能领域，具体是一种碱性氧化还原液流电池用离子交换膜的制备方法。

背景技术：

清洁能源(如：风能、太阳能等)的开发与利用是未来能源发展的必然趋势，但这些能源易于受到天气的影响，无法持续有效的并入电网。因此，开发一种经济、高效、稳定的大规模储能技术并将各种新能源有效的储存起来至关重要。因其结构灵活，循环寿命长，安全可靠等优点，液流电池成为最具前景的储能候选之一。全钒液流电池具有优异的电化学性能。但是，近年来，钒矿资源价格的暴涨和美国杜邦公司Nafion系列隔膜成本的昂贵制约钒电池的商业化发展。因此，非常有必要开发一种新型的低成本液流电池体系。

隔膜作为液流电池三大关键材料之一，能够有效的将正负极电解液隔开并能让特定的离子通过构成电池内部的闭合回路。理想的隔膜材料应具有优异的的离子选择性、高的质子传导率，良好的化学稳定性和机械稳定性。目前，商用的离子交换膜大多为美国杜邦公司生产的Nafion系列，其价格较为昂贵，离子选择性差，交叉污染严重。磺化聚醚醚酮(SPEEK)隔膜具有质子传导率高、离子选择性好、成本低、制备工艺简单等优点，受到许多研究者的青睐。我国锌铁储量极为丰富，能够有效降低液流电池的成本。因此，采用一种低成本的SPEEK隔膜来替代昂贵的Nafion隔膜，组装碱性锌铁液流电池。

发明内容:

为了克服现有技术的不足，突破离子交换膜的束缚，本发明的目的在于提出一种碱性氧化还原液流电池用离子交换膜的制备方法，采用低成本的SPEEK隔膜，解决现阶段碱性液流电池中nafion膜价格昂贵的问题。此碱性液流电池体系具有开路电压高、效率高、成本低、循环稳定性好等优点，可大幅度降低碱性液流电池的成本，对指导低成本液流电池的开发具有重大意义。

本发明的技术方案如下：

一种碱性氧化还原液流电池用离子交换膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)用去离子水在烧杯中配制强碱溶液；

(2)磺化聚醚醚酮的制备：称量聚醚醚酮粉末置于浓度为98wt％的浓硫酸中，在30～80℃恒温条件下，搅拌反应0.5～6h；

(3)将步骤(2)反应结束后的溶液倒入去离子水中并用玻璃棒搅拌，使其凝固成絮状，再用去离子水洗涤至pH＝5～7范围内；随后，在20～100℃恒温干燥10～30h，得到干燥的絮状磺化聚醚醚酮；

(4)将步骤(3)得到的絮状磺化聚醚醚酮剪碎分散于有机溶剂中，配成磺化聚醚醚酮溶液；

(5)将步骤(4)所得的磺化聚醚醚酮溶液倾倒于带有凹槽的玻璃板中，进行恒温干燥处理得到磺化聚醚醚酮隔膜；

(6)将步骤(5)得到磺化聚醚醚酮隔膜置于步骤(1)所配制的强碱溶液，进行恒温水浴离子化，取出烧杯，冷却至室温后，用去离子水冲洗至中性，再浸泡在去离子水中，作为电池的离子交换膜备用；

(7)以石墨毡或碳毡作为电池的正极，以锌板作为电池的负极；