[发明专利]离子交换膜和包括它的储能装置

说明书

本发明涉及一种离子交换膜和包括该离子交换膜的储能装置，其中，所述离子交换膜包括：包含离子导体的聚合物膜；和选自柱状多孔金属氧化物、冠醚、含氮环状化合物和它们的混合物中的任意一种的防离子渗透添加剂。在所述离子交换膜中，限制离子通过其渗透的通道的尺寸，或者将能够捕获离子的添加剂引入到离子移动路径中，使得离子渗透被防止，引起电压效率的改善并且防止劣化。

技术领域

本公开涉及一种离子交换膜和包括该离子交换膜的储能装置，更具体地，涉及一种离子交换膜、该离子交换膜的制造方法和包括所述离子交换膜的储能装置，所述离子交换膜包含能够限制离子通过其渗透的通道的尺寸或在离子移动的路径上捕获离子的添加剂，由此防止离子渗透，从而改善电压效率并且防止劣化。

背景技术

为了解决与化石燃料的枯竭和环境污染相关的问题，已经努力改善在使用中的效率，从而节省化石燃料，并且将可再生能源应用于广泛的领域。

可再生能源如太阳能和风能已经比以前更有效地使用；然而，这些能源是间歇性的且不可预测的。由于它们的这些特性，对这些能源的依赖受到限制，并且到目前为止可再生能源与主能源的比例非常低。

可充电电池能够提供简单且有效的储电方法，因此，已经持续努力以使可充电电池小型化，使得可充电电池的移动性得到改善，由此，可充电电池能够用作间歇式辅助电源或用于小型家用电器如笔记本电脑、平板PC和移动电话的电源。

氧化还原液流电池(RFB)是一种二次电池，由于根据电解液的电化学可逆反应而反复充电和放电，它能够长时间地存储和使用能量。独立地提供各自对电池的容量和输出特性施加影响的堆叠体和电解罐，由此，电池设计自由并且安装空间限制低。

另外，氧化还原液流电池安装在发电厂、电力系统或建筑物中，并且具有能够适应电力需求突然增加的负载均衡功能以及补偿或抑制停电或瞬时低电压的功能。氧化还原液流电池能够根据需要自由组合，因此，氧化还原液流电池是非常强大的储能技术和适合大规模储能的系统。

氧化还原液流电池通常包括两种单独的电解液。一种电解液储存负极反应中的电活性材料，另一电解液用于正极反应中。实际上，氧化还原液流电池的正极中的电解液的反应与氧化还原液流电池的负极中的电解液的反应彼此不同，并且发生电解液流动现象，由此，在正极与负极之间产生压力差。在作为常规氧化还原液流电池的全钒氧化还原液流电池中，正极处的电解液的反应和负极处的电解液的反应分别如反应式1和反应式2所示发生。

[反应式1]

[反应式2]

因此，具有改善的物理和化学耐久性的离子交换膜必须克服两个电极之间的压力差并且尽管重复充电和放电也表现出优异的电池性能。在氧化还原液流电池中，离子交换膜是占据相当于系统的约10％的成本的核心材料。

如上所述，由于在氧化还原液流电池中，离子交换膜是影响电池的寿命和成本的核心材料，因此，离子交换膜的选择性离子渗透性必须高，因此，钒离子的穿过(crossover)必须低，以便使氧化还原液流电池商业化。此外，离子交换膜的电阻必须低，因此，离子传导性必须高。此外，离子交换膜必须是机械和化学稳定的，因此，离子交换膜的耐久性必须高。此外，离子交换膜必须便宜。

同时，目前作为离子交换膜商业化的聚合物电解质膜已经使用了数十年，并且也已经被稳定地研究。近年来，对在直接甲醇燃料电池(DMFC)、聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)(质子交换膜燃料电池)、氧化还原液流电池、水净化装置等中用作能够传输离子的介质的离子交换膜也已经进行大量研究。