[發明專利]一種全釩液流電池用離子液體增強膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201110414233.2
• 申請日: 2011-12-10
• 公開（公告）號: CN102437349A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 劉建國;李文躍;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
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及電池制造及能量存儲領域，具體為一種全釩液流電池用離子液體增強膜及其制備方法。

背景技術

全釩氧化還原液流電池(釩電池)是利用不同價態的釩離子間的氧化還原反應進行能量儲存與轉化的二次能源系統。其特點是：正負極活性物質均為硫酸氧釩的硫酸溶液，無電解液交叉污染，額定功率及容量是獨立的，能100％的深度放電而不會損害電池，電池可以實現瞬間的再充電，理論保存期限無限等。釩電池作為儲能電源主要應用在電站調峰、大規模光電轉換、風能發電的儲能電源以及作為邊遠地區儲能系統，不間斷電源或應急電源系統等方面。

目前，全氟磺酸類離子交換膜是釩電池使用最多的膜材料，但該類材料的阻釩性能較差，影響了釩電池的使用周期及其在釩電池領域的應用。

發明內容

本發明針對以上問題，提出一種全釩液流電池用離子液體增強膜及其制備方法，解決現有技術中全氟磺酸類、部分全氟磺酸類以及非氟類隔膜阻釩性能低，影響釩電池的電池性能等問題。該復合膜的制備工藝簡單、處理條件緩和，阻釩性能提高明顯，電池相關性能也有較為明顯的改善。

本發明的技術方案為：

一種全釩液流電池用離子液體增強膜，各組分的重量百分比為：

成膜基體高分子材料????????????????80-99；

離子液體??????????????????????????1-20；

以上各組分重量之和滿足100。

本發明中，成膜基體高分子材料為全氟磺酸樹脂、部分磺化全氟樹脂或是非氟類的高分子材料的一種，非氟類的高分子材料可以為磺化聚醚醚酮或磺化聚醚砜。

本發明中，離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(C₈H₁₅N₂PF₆)、1-丁基-1-甲基吡咯烷三氟甲烷磺酰亞胺鹽(C₁₁H₂₀F₆N₂O₄S₂)、1-丁基-1-甲基哌啶三氟磺酰亞胺鹽(C₁₂H₂₂F₆N₂O₄S₂)中的一種。

所述離子液體增強型釩電池用質子交換膜的制備方法，主要包括：基體成膜材料的溶解、活性分散液制備、成膜、干燥，通過攪拌將成膜基體高分子材料溶于有機溶劑中，然后將一定比例的離子液體通過攪拌、超聲的方式分散于成膜基體溶液中，通過澆注成型的方法，于烘箱中烘干成型，制備釩電池用質子交換膜材料，具體為：

(1)成膜基體溶液的制備：按所述交換膜中組分的比例，將成膜基體高分子材料通過攪拌的方式分批加入到有機溶劑中，制備成均勻一致的成膜基體溶液。

(2)活性分散液制備：按所述交換膜中組分的比例，取離子液體分散于成膜基體溶液中，攪拌、超聲分散，攪拌時間為0.5-2小時，超聲分散時間為：10-60分鐘。

(3)成膜、干燥：將超聲分散好的混合溶液澆注到平板玻璃板上(玻璃板實現調平)，其處理溫度為100-150℃，時間為2-10小時。

本發明中，離子液體增強型質子交換膜的厚度范圍為60微米-150微米。按重量百分比計，經過干燥后的交換膜組成如下：

成膜基體高分子材料80-99(優選85-95)，離子液體1-20(優選5-15)，以上各組分重量之和滿足100。

本發明中，成膜基體溶液為成膜基體高分子材料(全氟磺酸樹脂、部分磺化全氟樹脂或是非氟類的高分子材料的一種，非氟類的高分子材料可以為磺化聚醚醚酮或磺化聚醚砜)按一定的比例溶于：N，N-二甲基甲酰胺或二甲基亞砜有機溶劑中，其中：成膜基體高分子材料均為市售產品，全氟磺酸樹脂占30-50g/L，部分磺化全氟樹脂占30-50g/L，磺化聚醚醚酮或磺化聚醚砜占30-100g/L。全氟磺酸樹脂優選為39.8g/L，部分氟化樹脂優選為45.0g/L，非氟類的磺化高分子材料優選為55.0g/L。

本發明的優點：