[发明专利]一种非离子化PBI/PVP膜及其制备方法和液流电池

说明书

本发明公开了一种非离子化PBI/PVP膜及其制备方法和液流电池，制备方法，包括以下步骤：步骤A：PBI/PVP铸膜液的制备：在装有搅拌装置的容器中加入PBI/PVP_Kn‑x及10‑1000ml有机溶剂，20‑60℃下加热搅拌至聚合物溶解形成均匀透明的PBI/PVP溶液；待所述聚合物溶液冷却至室温，去除气泡、不溶物，得到PBI/PVP铸膜液，其中，n＝16、18、23或30，x为PVP_Kn的质量分数；步骤B：成膜：将步骤A中的PBI/PVP铸膜液成膜，加热烘干即得PBI/PVP膜。将不同质量分数、不同平均分子量的亲水性PVP_Kn掺杂到机械性能优异且主链不含醚键的PBI中，制备了非离子化的PBI/PVP膜，PBI的机械性能优异、阻钒能力强且化学稳定性优；PVP带有可被质子化的弱碱基团，电导率强。所制备的PBI/PVP_Kn‑x膜具有优异的离子电导率、阻钒能力及其电池性能。

技术领域

本发明涉及一种液流电池用膜材料,特别涉及一种非离子化聚合物离子传导膜,并涉及其制备方法和包括该非离子化聚合物离子传导膜的液流电池。

背景技术

全钒液流电池(VRFBs)因其功率、容量可独立设计、可深度充放电、绿色环保、维护简单等优点，被视为最有前景的理想储能装置。

VRFBs采用溶于硫酸的不同价态钒离子作为电池正极与负极反应的活性物种，通过反应活性物种的价态变化来实现能量的存储与释放，作为VRFBs的核心部件，离子传导膜直接决定了电池的输出性能、成本及寿命。

目前现有的商业化质子交换膜材料(如美国Dupont公司的系列膜)由于阻钒性欠佳、离子选择透过性较低且成本较高，严重制约了全钒液流电池的推广与应用，因此，高性能离子传导膜材料的研发仍然是VRFBs研究的重要任务之一。

全钒液流电池用离子传导膜研究体系主要包括阳离子交换膜和阴离子交换膜。阳离子交换膜优点是离子电导率高，化学稳定性好，缺点是离子选择性差，成本高。阴离子子交换膜的优点是成本低，阻钒性好，缺点是离子电导率差，化学稳定性差。

开发高效传质与阻钒协同兼顾的全钒液流电池离子传导膜成为一项科学挑战。

发明内容

针对以上问题，本发明从膜的非离子化弱碱性设计出发，提出了本发明的解决方案。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

根据本发明的一个方面，提供一种非离子化PBI/PVP膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤A：PBI/PVP铸膜液的制备：

在装有搅拌装置的容器中加入PBI/PVP_Kn-x及10-1000ml有机溶剂；

20-60℃下加热搅拌至聚合物溶解形成均匀透明的PBI/PVP聚合物溶液；作为可选方案，加热时长为2-6h。

待所述PBI/PVP_Kn-x聚合物溶液冷却至室温，去除气泡、不溶物，得到PBI/PVP铸膜液，其中，n＝16、18、23或30，x为PVP_Kn的质量分数；

步骤B：成膜：

将步骤A中的PBI/PVP铸膜液成膜，加热烘干即得PBI/PVP膜。

优选的,步骤A中x为30％-60％，PBI/PVP_Kn-x的添加顺序为：先称取一定质量的PBI，再按照质量分数为30％-60％的比例将PVP_Kn掺杂到PBI中，并溶解于有机溶剂得聚合物。

优选的，所述有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)中任意一种。