[发明专利]两性聚醚醚酮有机物及制备方法、两性聚醚醚酮离子交换膜和铁铬氧化还原液流电池

说明书

本发明提供了一种两性聚醚醚酮有机物及制备方法、两性聚醚醚酮离子交换膜和铁铬氧化还原液流电池。两性聚醚醚酮有机物包括链段A，链段B和链段C，R₁和R₂分别独立地选自C₁‑C₁₀的烷基，分子量为23000～38000，磺化度为60～90％，胺化度为1～5％。本申请提供的两性聚醚醚酮膜具有良好的化学稳定性、阻铁铬离子性能好、高导电性、耐温性能好，并且大大降低成本等优点，可广泛地应用于铁铬氧化还原液流电池领域。

技术领域

本发明涉及铁铬氧化还原液流电池，具体而言，涉及一种两性聚醚醚酮有机物及制备方法、两性聚醚醚酮离子交换膜和铁铬氧化还原液流电池。

背景技术

作为高效的大型储能设备，氧化还原液流电池(RFB)已与太阳能和风能结合使用，用于电网的削峰和谷底填充，以克服这些可再生能源的不稳定性和不可持续性。在过去的几十年中，由于系统设计的灵活性，高循环可靠性和安全性，人们越来越关注各种新兴的酸性水系氧化还原液流电池。代表性的是全钒氧化还原液流电池和铁铬液流电池。酸性水系RFB的质子渗透选择膜是核心成分之一，具有两个主要功能：传导质子以完成内部电路；阻止活性物质以避免交叉污染。理想的膜应具有优异的质子选择性传导性，长周期稳定性和低成本。广泛使用的商品化全氟磺酸盐膜(例如Nafion系列)具有用于快速传导质子的宽离子通道，但是Nafion系列膜具有不希望的钒交叉和高成本的缺点，严重阻碍了其工业化。人们广泛寻求先进的高效，低成本的替代品。

为了解决现有液流电池的上述问题，通常的做法是将亲水性官能团动态组装在疏水性聚合物主链上。利用聚合物主链结构和亲水性官能团的浓度控制亲水/疏水纳米相分离结构来构造离子传输通道。阳离子交换基团可以排除带负电荷的共离子并吸引正电荷。为构建连续的离子传输通道，需要较高的磺化度，以提升吸水率，但是高磺化度会使得膜的吸水溶胀过高，导致其机械性能下降，同时也导致铁铬渗透率大幅增加。另外，由于磺酸基团的强吸电子特性，导致与之相连接的主链片段容易受到强氧化性离子的攻击，降低了聚合物膜的化学稳定性，从而导致了电池的效率及寿命的降低。阴离子交换基团可通过Donnon作用来排斥带正电荷的活性物质的渗透，同时提供负电荷离子传导位点。但是，具有阴离子交换基团的膜通常显示出较高的面积比电阻，因此限制了液流电池在高电流密度下的操作。

现有技术(CN108899566A)提供了一种叔胺基两性离子交换膜，其制备步骤包括：(1)使聚醚醚酮磺酸化，得到磺化聚醚醚酮聚合物；(2)制备叔胺功能化的PPO聚合物；(3)将磺化聚醚醚酮和叔胺功能化的PPO共混配置铸膜液，制备两性离子交换膜。由该方法制得的两性离子交换膜虽然具有较好的选择性，离子导电率及稳定性，但是该叔胺基两性离子交换膜主要应用于全钒液流电池，不太适用于铁铬液流电池；同时制备过程在有机溶剂体系中进行，产生的废液较多，工艺不环保，成本较高。

鉴于上述问题的存在，需要研制一种适用于适合氧化还原液流电池的、具有较好的化学稳定性和较低的面积比电阻的两性聚醚醚酮离子交换膜。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种两性聚醚醚酮有机物及制备方法、两性聚醚醚酮离子交换膜和铁铬氧化还原液流电池，以解决现有离子交换膜无法兼具化学稳定性好和面积比电阻低的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种两性聚醚醚酮有机物，所述两性聚醚醚酮有机物包括：链段A，链段B和链段C：

其中，R₁和R₂分别独立地选自C₁-C₁₀的烷基，两性聚醚醚酮有机物的数均分子量为23000～38000，磺化度x为60～90％，胺化度y为1～5％。

进一步地，两性聚醚醚酮有机物中，R₁和R₂分别独立地选自C₁-C₅的烷基，磺化度x为65～85％，胺化度y为1～5％。