[发明专利]一种用于液流电池的复合隔膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种用于液流电池的复合隔膜，它是在锌溴液流电池微孔隔膜的一侧单面涂覆上离子交换层而得，所述离子交换层由加入表面活性剂的离子交换溶液涂覆形成，所述离子交换溶液为全氟磺酸离子交换溶液、磺化聚砜离子交换溶液或磺化聚醚砜离子交换溶液，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂；还公开了复合隔膜的制备方法。本发明复合隔膜不仅在电解液中拥有较好的电导率，还可以有效地阻挡电解液中的游离活性物质，防止电池自放电的发生，可提高液流电池的综合性能，保证电池持续稳定的运转。

技术领域

本发明涉及电池隔膜技术领域，具体涉及一种用于液流电池的复合隔膜及制备方法。

背景技术

随着风能发电、太阳能发电等清洁能源的发展以及动力电池产能的不断攀升，人们对高功率且安全可靠的储能电池的需求量不断增加，而液流电池作为一种安全稳定的高功率电池也随着这种趋势不断取得了发展，并逐渐在储能电池领域占据重要地位。液流电池是一种低成本、高效率、环境友好型的液流储能电池，具有能量密度和电流效率高、装置简单易操纵、使用寿命长、成本低廉等优点，主要应用于电网调峰、风能和太阳能等可再生能源发电、电动汽车等领域。液流电池是由双极板，正负电极，隔膜和电解液等组成。通过对电池关键材料的研究和开发，可以有效降低电池成本，提高电池的效率，改善电池的使用寿命和性能，从而具有极为重要的意义。电池隔膜是液流电池内部的一种关键材料，可以把正负极半电池分开。早期的液流电池使用质子交换膜，其中普遍广泛使用的是Nafion系列质子交换膜，尽管它对电解液中活性物质的阻隔性很高，其机械性能也基本满足液流电池的使用要求，但是由于这类质子交换膜大多价格比较昂贵且工艺复杂，不适合批量生产利用。因此，人们开发出了非选择性的微孔隔膜，微孔隔膜由高分子聚合物材料和其它填料组成，平均孔径约为十几纳米，对电解液中的活性物质有比较好的阻隔作用，但电解液中的少量游离活性物质能透过微孔隔膜扩散到负极形成自放电。虽然单独减小孔径和降低孔隙率可以降低电池自放电速度，但同时也会增加隔膜在电解液中的电阻，从而对电压效率造成影响。目前也在研究离子交换膜和微孔隔膜结合的方案，如CN109546052 A、CN104269511 A和CN102532575 A公开的液流电池隔膜技术方案，都是在微孔隔膜表面完全覆盖一层连续紧致的离子交换层，连续紧致的离子交换层会堵住大部分微孔隔膜的孔，会增加隔膜的电阻，影响电压效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于液流电池的复合隔膜及制备方法，该复合隔膜不仅在电解液中拥有较好的电导率，还可以有效地阻挡电解液中的游离活性物质，防止电池自放电的发生，可提高液流电池的综合性能，保证电池持续稳定的运转。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于液流电池的复合隔膜，它是在锌溴液流电池微孔隔膜的一侧单面涂覆上离子交换层而得，所述离子交换层由加入表面活性剂的离子交换溶液涂覆形成，所述离子交换溶液为全氟磺酸离子交换溶液、磺化聚砜离子交换溶液或磺化聚醚砜离子交换溶液，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。

前述用于液流电池的复合隔膜，所述锌溴液流电池微孔隔膜是由二氧化硅10-35重量份、增塑剂35-65重量份、PE原材料10-40重量份、吸收900-1000nm激光能量的色母1-5重量份和抗氧剂1-2重量份混合制成的。

前述用于液流电池的复合隔膜，所述离子交换溶液中表面活性剂的加入量为0.08-0.12g/1ml溶液。

前述用于液流电池的复合隔膜，所述离子交换溶液按以下方法配制而成：

向高压反应釜中加入全氟磺酸树脂、磺化聚砜树脂或磺化聚醚砜树脂1重量份和高沸点溶剂12.7-23.3重量份，搅拌加热至200-250℃，压力为1-1.5MPa，保持2-6h，然后冷却至室温，从反应釜放出溶液，经沉淀、过滤，所得滤液即为离子交换溶液。

前述用于液流电池的复合隔膜，离子交换溶液配制过程中，树脂和溶剂搅拌加热至200℃、压力为1MPa，保持4h。