[发明专利]一种有机/无机两性离子传导复合膜的制备方法有效

专利信息
申请号: 202010196979.X 申请日: 2020-03-19
公开(公告)号: CN111333892B 公开(公告)日: 2022-09-13
发明(设计)人: 赵丽娜;肖伟;张建国;彭海泉 申请(专利权)人: 辽宁科京新材料有限公司
主分类号: C08J5/22 分类号: C08J5/22;C08L27/18;C08K9/10;C08K3/36;C08K3/22;C08K7/24;C08K7/26;H01M8/18
代理公司: 沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 21234 代理人: 张志伟
地址: 110172 辽宁省沈阳市沈*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 有机 无机 两性 离子 传导 复合 制备 方法
【说明书】:

发明涉及氧化还原液流电池用离子交换膜领域,特别涉及一种有机/无机两性离子传导复合膜的制备方法,解决目前使用的商业化质子交换膜离子选择性不高问题。采用阳离子型离子液体包覆无机粒子,将被包覆的无机粒子分散液与全氟磺酸树脂溶液进行混合,通过调整无机粒子的包覆工艺、制膜液的组成、成膜工艺等制备有机/无机两性离子传导复合膜。本发明制备的复合隔膜具有高导电性、良好的离子选择性、高化学稳定性成本低廉等优点,可广泛地应用于氧化还原液流电池领域。

技术领域

本发明涉及氧化还原液流电池用离子交换膜领域,特别涉及一种有机/无机两性离子传导复合膜的制备方法。

背景技术

开发风能、太阳能等新能源是解决能源资源短缺的重要途径,代表着能源未来发展的方向。但受制于时间和地域依赖性,离网的风能、太阳能发电必须使用储能系统,否则很难全天候利用;而直接并网也必须采用储能系统对电网进行调峰和调频,否则会对电网功率和频率带来较大的冲击。因此高效、大规模的能量存储技术就成为是其发展应用的关键核心。

液流电池一种新型蓄电池,是利用正、负极电解液分开,各自循环的一种高性能蓄电池,具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点,氧化还原液流电池其活性物质是流动的电解质溶液,是满足智能电网以及风能、太阳能发电对大规模储能需求的理想储能形式。

对于液流电池来说隔膜是决定离子选择透过性能高低至关重要的指标,直接影响电堆性能。因为离子的选择性不高,会导致电池充放电过程中产生正、负极离子间的交叉渗透,并最终引起电池的库仑效率降低、能量效率下降、自放电严重和循环寿命缩短等一系列问题。隔膜既是电解质离子传输的通道,又起到分隔正负极、防止电池短路的作用。一种良好的质子交换膜应具备良好的化学稳定性、耐电化学氧化性、高离子选择性以及低成本。目前,国内外主要采用Nafion系列膜,虽然Nafion膜化学稳定性好,但是该类膜的一些缺点是离子选择性较低。因此,如何制备高性能钒电池隔膜材料关键技术之一。

为了提高隔膜的离子选择性许多学者做了大量研究工作,通过引入非导电氧化物,改变膜的充水通道。如在Nafion系列膜中引入二氧化硅和二氧化钛应用于等全钒液流电池中。特别是,据报告显示在Nafion复合膜引入二氧化硅,有效阻止钒阳离子扩散,经测试结果复合膜在经过充放电循环后发现阻钒性有所提高,但存在的问题是长时间运行后性能有一定的衰减。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机/无机两性离子传导复合膜的制备方法,为了解决目前使用的商业化质子交换膜离子选择性差的问题,因此制备出一种有机/无机两性离子传导复合膜,该复合膜优异的离子选择性,高导电性,化学稳定性好的特点,可适用于氧化还原液流电池。

本发明的技术方案:

一种有机/无机两性离子传导复合膜的制备方法,采用全氟磺酸树脂/阳离子型离子液体改性的无机粒子两性离子传导复合膜,复合膜的成膜工艺步骤如下:

(1)称取1~5g离子液体、5~30mg的2,2’-偶氮二异丁腈引发剂于烧瓶中,向其中加入20~70mL分散溶剂,将烧瓶超声30~60min,通入氮气,将烧瓶在50~70℃下搅拌3~5h;加入50~200g无机粒子,继续搅拌4~8h,将产物用无水乙醇和去离子水反复洗涤,真空干燥至恒重,研磨成粉末为被包覆处理的无机粒子,备用;

(2)称取0.1~5g步骤(1)制备的粉末加入到15~25ml的有机溶剂中超声分散20~30h,获得被包覆处理的无机粒子分散液;

(3)称取全氟磺酸树脂溶于高沸点有机溶剂中,在反应釜中加热溶解,配成质量百分数为4~20%的全氟磺酸树脂溶液,加热溶解温度条件为180℃~230℃,保温1~5小时;

(4)将步骤(2)制备的分散液加入到步骤(3)制备的树脂溶液中进行混合,搅拌20~30h,获得制膜液;

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