[發明專利]一種釩電池用全氟磺酸離子交換膜制備工藝

無效

• 申請號: 201010158007.8
• 申請日: 2010-04-28
• 公開（公告）號: CN102237534A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 趙麗娜;劉建國;嚴川偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M2/16;C08J7/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及全釩氧化還原液流電池(VRB)用離子交換膜領域，特別涉及一種用于釩電池阻釩性好的全氟磺酸離子交換膜的制備工藝。

背景技術

隨著國民經濟快速發展，能源、資源和環境保護間的矛盾日益突出，促使傳統的能源系統迫切的向可再生能源轉變。

調整當前電力能源結構，開發規模化利用風能、太陽能等可再生清潔能源，已經成為我國電力能源發展的基本國策。風能、太陽能等可再生能源發電過程具有不連續和不穩定的特點，需要配備蓄電儲能裝置，才能實現連續、穩定的電能輸出，以避免對局部電網產生沖擊而引發的大規模惡性事故。到目前為止，在世界范圍內所開發的新電池技術中，全釩氧化還原液流電池(Redox?flow?cell)無疑是最有前途的，這種電池具有使用規模大、壽命長、能量效率高、環境友好、電流連續性好等優點，通過全釩氧化還原液流電池儲能可以實現在現有的電網系統中的“削峰填谷”作用，能夠緩和電力供需矛盾，提高發電設備利用率，降低火力發電能耗。

全釩氧化還原液流電池是用V(II)/V(III)和V(TV)/V(V)氧化還原電對的H₂SO₄溶液分別作正負半電池電解液的。H₂SO₄電離成H⁺和SO₄^2-，然后電解液中H⁺持續代替離子交換膜中的H⁺，并進入另一室電解液中，完成導電過程。當放電時，電池正極電解液中的VO₂⁺離子被還原為VO²⁺離子，負極電解液中的V²⁺離子被氧化為V³⁺離子。當充電時，過程剛好相反。

釩電池電極反應如下所示：

正極：

負極：

釩電池發展到今天，已經達到一個比較先進的水平，但仍然有許多關鍵問題迫切需要解決，其中關鍵性材料隔膜就是其中之一，釩電池中隔膜具有隔離正、負極電解質溶液、阻止不同價態釩離子相互滲透的作用，防止正、負極電解液的交叉污染提高離子選擇性，質子能自由通過，對不同價態的釩具有高選擇性，因此，提高隔膜的阻釩性對提高電池性能起著非常重要。

發明內容：

本發明的目的是提供一種用于釩電池阻釩性好的全氟磺酸離子交換膜的制備工藝，可以解決現有隔膜應用于釩電池(VRB)時阻釩性差、厚度精度低的問題。此工藝能大大提高隔膜的阻釩性，也即在釩電池的使用中能有效的阻擋釩離子的透過，提高電池的效率，機械強度顯著提高，隔膜厚度更容易控制，精度高。

本發明的技術方案是：

一種釩電池用全氟磺酸離子交換膜制備工藝，將全氟磺酸離子交換樹脂溶液噴涂在聚四氟乙烯基膜上，具體步驟如下：

(1)將全氟磺酸離子交換樹脂溶液噴涂在聚四氟乙烯基膜兩面，在每面形成第一層隔膜，進行隔膜熱定型，經熱定型后的第一層隔膜厚度為20-40μm；

噴涂時，聚四氟乙烯基膜放在溫度60-140℃的平臺上。將全氟磺酸離子交換樹脂溶液置于噴涂設備中，用噴涂設備對基膜兩面進行噴涂。

(2)再將全氟磺酸離子交換樹脂溶液噴涂在已熱定型的第一層隔膜兩面，在每面形成第二層隔膜，進行隔膜熱定型，經熱定型后的第二層隔膜厚度為20-40μm；

(3)最后將全氟磺酸離子交換樹脂溶液噴涂在已熱定型的第二層隔膜兩面，在每面形成第三層隔膜，進行隔膜熱定型，經熱定型后的第三層隔膜厚度為20-40μm。

所述的隔膜熱定型，將每步驟涂好的膜放入120℃-180℃烘箱中，恒溫0.5-4h將溶劑蒸發。

所述的全氟磺酸離子交換樹脂溶液，其制備過程如下：

(1)將全氟磺酸離子交換樹脂按質量比w＝5％-40％溶解到有機溶劑中，反應釜加熱至110℃-250℃，保溫1-4h溶解樹脂，得到均勻、清澈的成膜溶液；

(2)將制取的成膜溶液在超聲波震蕩器中震蕩30min-60min，使溶液細化并驅除其中的微小氣泡。

所述的溶解全氟磺酸離子交換樹脂的有機溶劑，有機溶劑為二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙甲酰胺、二甲基亞砜或N-基吡咯烷酮。

本發明的優點：