[发明专利]用于氧化还原液流电池的低渗透性聚苯并咪唑(PBI)膜

权利要求书

1.一种用于形成氧化还原液流电池膜的方法，包括：

形成聚合组合物，所述聚合组合物包含多聚磷酸、芳族或杂芳族四氨基化合物以及芳族或杂芳族羧酸化合物，其中所述芳族或杂芳族羧酸化合物包含芳族或杂芳族聚羧酸或其酯、酸酐或酰氯和/或包含芳族或杂芳族二氨基羧酸；

将所述芳族或杂芳族四氨基化合物与所述芳族或杂芳族羧酸化合物聚合，以形成包含溶解在所述多聚磷酸中的聚苯并咪唑的聚合物溶液；

使所述聚合物溶液成形以形成包含所述聚合物溶液的膜前体；

水解多聚磷酸溶液的至少一部分以形成磷酸和水，所述膜前体在其上形成包含所述聚苯并咪唑的凝胶膜，所述凝胶膜是能够并入约60wt.％或更多的液体含量而不损失结构的自支撑膜；

使所述凝胶膜致密化；以及

使致密化的凝胶膜吸收氧化还原液流电池支持电解质。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使所述凝胶膜致密化的步骤包括减小所述凝胶膜的厚度。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中使所述凝胶膜致密化的步骤包括干燥所述凝胶膜。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使所述凝胶膜致密化的步骤包括沿着膜表面在一个或更多个方向上拉伸所述凝胶膜。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述芳族或杂芳族四氨基化合物包含2,3,5,6-四氨基吡啶；3,3’,4,4’-四氨基二苯砜；3,3’,4,4’-四氨基二苯醚；3,3’,4,4’-四氨基联苯；1,2,4,5-四氨基苯；3,3’,4,4’-四氨基二苯甲酮；3,3’,4,4’-四氨基二苯基甲烷；以及3,3’,4,4’-四氨基二苯基二甲基甲烷或其盐，或其任何组合。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述芳族或杂芳族羧酸化合物包含吡啶-2,5-二甲酸；吡啶-3,5-二甲酸；吡啶-2,6-二甲酸；吡啶-2,4-二甲酸；4-苯基-2,5-吡啶二甲酸；3,5-吡唑二甲酸；2,6-嘧啶二甲酸；2,5-吡嗪二甲酸；2,4,6-吡啶三甲酸；苯并咪唑-5,6-二甲酸；5-羟基间苯二甲酸；4-羟基间苯二甲酸；2-羟基对苯二甲酸；5-氨基间苯二甲酸；5-N,N-二甲基氨基间苯二甲酸；5-N,N-二乙基氨基间苯二甲酸；2,5-二羟基对苯二甲酸；2,6-二羟基间苯二甲酸；4,6-二羟基间苯二甲酸；2,3-二羟基邻苯二甲酸；2,4-二羟基邻苯二甲酸；3,4-二羟基邻苯二甲酸；1,8-二羟基萘-3,6-二甲酸；二苯砜-4,4’-二甲酸；间苯二甲酸；对苯二甲酸；邻苯二甲酸；3-氟邻苯二甲酸；5-氟间苯二甲酸；2-氟对苯二甲酸；四氟邻苯二甲酸；四氟间苯二甲酸；四氟对苯二甲酸；3-磺基邻苯二甲酸；5-磺基间苯二甲酸；2-磺基对苯二甲酸；四磺基邻苯二甲酸；四磺基间苯二甲酸；四磺基对苯二甲酸；1,4-萘二甲酸；1,5-萘二甲酸；2,6-萘二甲酸；2,7-萘二甲酸；联苯甲酸；二苯基醚4,4’-二甲酸；二苯甲酮-4,4’-二甲酸；联苯-4,4’-二甲酸；4-三氟甲基邻苯二甲酸；2,2-双(4-羧基苯基)六氟丙烷；4,4’-二苯乙烯二甲酸；以及4-羧基肉桂酸或其任何组合。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述水解在从约0℃至约150℃的温度和在从约20％至100％的相对湿度进行。

8.一种氧化还原液流电池膜，包括：

致密化的聚苯并咪唑凝胶膜，所述聚苯并咪唑凝胶膜是能够并入约60wt.％或更多的液体含量而不损失结构的自支撑膜；以及

氧化还原液流电池支持电解质，所述氧化还原液流电池支持电解质被吸收在所述聚苯并咪唑凝胶膜内；其中

所述氧化还原液流电池膜呈现出在2.6M硫酸溶液中约50mS/cm²或更大的面内离子电导率；并且其中

所述氧化还原液流电池膜呈现出约10^-7cm²/s或更低的VO²⁺渗透性。