[发明专利]质子传导膜和制备质子传导膜的方法

说明书

本发明提供质子传导膜和制备质子传导膜的方法，所述方法包括：将高分子化合物与第一溶剂混合得到铸膜液，在支撑体表面利用流涎法形成铸膜液薄层，将所述铸膜液薄层置于第二溶剂中，相转化后形成多孔膜；对第三溶剂进行雾化，将雾化后的所述第三溶剂喷涂在所述多孔膜的表面；将雾化喷涂之后的所述多孔膜浸入所述第二溶剂中，洗去所述第三溶剂，得到质子传导膜。由此，本发明可以使多孔膜的表面发生局部溶胀，使质子传导膜的顶部孔径小于内部孔径，具有较高的离子选择性。而且，本发明还具有制膜方法简单、生产成本低的优点，易于进行工业化规模放大，提供了制备低成本高性能质子传导膜的新途径。

技术领域

本发明属于质子传导膜技术领域，具体涉及质子传导膜和制备质子传导膜的方法。

背景技术

随着可再生能源发电的持续高速发展，电力系统对储能的需求日益增加。储能装备可解决可再生能源发电的间歇性、波动性，可用于电力系统削峰填谷，成为维持电网稳定，提升电力系统安全性的重要手段。全钒液流电池(Vanadium Redox battery,VRB)利用不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放，将正极电解液、负极电解液分别储存在两个不同的储槽中，当它们流过电堆时发生氧化/还原反应，完成电能与化学能相互转换。电池内部使用质子传导膜将流过电堆时的两种电解液隔离，避免不同价态钒离子渗透产生交叉放电导致能量损失。该质子传导膜也称作隔膜，其性能和结构决定钒电池的效率和循环稳定性。

全钒液流电池所需质子传导膜应具有如下特征：①钒离子透过率低，交叉污染小，降低电池自放电，提高能量效率。②氢质子透过率高，膜电阻小，提高电压效率。③具有一定机械强度，耐化学腐蚀、耐电化学氧化，保证较长循环寿命。④电池充放电时水渗透量小，保持正极和负极电解液的水平衡。

然而，现有的用于全钒液流电池的质子传导膜存在制备过程复杂、难以投入实际生产应用的缺陷。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上改善上述问题的至少之一。

为改善上述技术问题，本发明提供一种制备质子传导膜的方法，所述方法包括：将高分子化合物与第一溶剂混合，得到铸膜液，在支撑体表面利用流涎法形成铸膜液薄层，将所述铸膜液薄层置于第二溶剂中，相转化后形成多孔膜；对第三溶剂进行雾化，将雾化后的所述第三溶剂喷涂在所述多孔膜的表面；将雾化喷涂之后的所述多孔膜浸入所述第二溶剂中，洗去所述第三溶剂，得到质子传导膜。由此，本发明可以使多孔膜的表面发生局部溶胀，使质子传导膜的顶部孔径小于内部孔径，具有较高的离子选择性。而且，本发明的质子传导膜仅使用同一种高分子材料形成，结构更稳定。此外，本发明还具有制膜方法简单、生产成本低的优点，易于进行工业化规模放大、进行连续化制膜，提供了制备低成本高性能质子传导膜的新途径。

根据本发明的实施例，所述高分子化合物包括聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚苯并咪唑、磺化聚醚醚酮、磺化聚醚砜、醋酸纤维素中的至少一种；所述第一溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种；所述第二溶剂包括去离子水、乙醇、甲醇、丙醇、丙酮中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述铸膜液中所述高分子化合物的重量百分浓度为10-25％，所述支撑体包括平板玻璃。

根据本发明的实施例，所述铸膜液薄层的厚度为60-250微米。

根据本发明的实施例，所述第三溶剂包括有机溶剂、有机溶剂与水的混合物中的任意一种；所述有机溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的至少一种。

根据本发明的实施例，对所述第三溶剂进行雾化的方式包括超声波雾化、静电雾化、加压雾化中的任意一种。

根据本发明的实施例，在形成多孔膜之后，所述方法还包括：将所述多孔膜置于温度为20-100℃的加热平台上，对第三溶剂进行雾化，将雾化后的所述第三溶剂喷涂在所述多孔膜的表面。