[發明專利]一種全釩氧化還原液流電池用離子交換膜的合成及制備方法

有效

• 申請號: 201310451585.4
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103515634A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 戴紅梅;葛廣凱
• 申請（專利權）人: 南通漢瑞實業有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/18
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙) 11316
• 代理人: 滑春生

技術領域

本發明涉及全釩氧化還原液流電池用離子交換膜制備領域，特別涉及一種可用于釩電池的磺化聚芳醚酮共聚物的合成及其離子交換膜的制備方法。

背景技術

可持續發展已經成為當代中國社會經濟發展的主題，而新型能源產業的發展現在越來越受到國家及社會的關注。目前國內外大規模開發利用可再生能源已經取得重要突破，如風能，太陽能，海洋能等等。但是這些新型能源受到天氣環境等因素影響較大，在發電過程中不能保證連續穩定的輸出，在新能源的開發利用，能量的儲存和轉化成為制約其發展的關鍵。

目前儲能技術中已經應用的主要有抽水儲能和化學蓄電池儲能。其中化學儲能因不受地理限制得到廣泛的應用。在化學蓄電池儲能中，全反液流電池是眾多化學電源中唯一一種使用同種元素組成的電池系統，它通過不同價態釩離子之間的相互轉化實現電能的儲存和釋放，避免了不同類物質在電池正負極之間的相互滲透產生交叉污染，并且具有使用壽命長，制造規模大，比能量高等優勢，在儲能領域有著很大的應用價值。

全反液流電池的關鍵組成部分有電極、雙極板、離子交換膜和電解液，離子交換膜在釩電池中起著阻隔正負極間電解液，同時傳導離子，形成電池回路的作用，要求具體有阻釩性能好，電阻小，機械強度高，耐化學腐蝕耐氧化性能好等特點，是釩電池中的關鍵材料之一。目前釩電池隔膜多采用全氟磺酸離子膜，因為它具有優良的電化學性能和穩定性能，但是它阻釩性能差使得釩電池自放電現象明顯，引起能量損失，溶脹形變大，影響釩電池的組裝密封，同時該膜價格昂貴，不利于釩電池商業化應用。因此，開發一種價格低廉、形變小、阻釩性能好的離子交換膜對釩電池的商業化應用起著非常重要的應用。

發明內容

本發明針對上述缺陷，通過分子設計，合成了一種磺化聚芳醚酮共聚物，其磺化度為30%-70%。

本發明的技術方案：

一種磺化聚芳醚酮共聚物，其結構式含有結構單元???????????????????????????????????????????????和，其中Ar為、、或。

其磺化聚芳醚酮共聚物的合成方法如下：

(1)?聚合反應：

以4,4-二氟苯甲酮、2-磺酸對苯二酚、芳香族二元酚為反應原料，在非質子強極性溶劑、催化劑、脫水劑的作用下反應得磺化聚芳醚酮共聚物溶液；然后將共聚物采用沉淀劑沉淀析出，得到磺化聚芳醚酮共聚物。其中，所述芳香族二元酚為雙酚A、雙酚F、酚酞、聯苯二酚的一種；

?(2)?精制樹脂

將合成的磺化聚芳醚酮樹脂經過沸水水洗、干燥、再次利用有機極性溶劑溶解、沉淀、有機溶劑萃取、干燥得到精制的磺化聚芳醚酮共聚物樹脂。

優選的，步驟(1)中所使用原料摩爾配比為：4,4-二氟苯甲酮︰2-磺酸對苯二酚和芳香族二元酚︰催化劑︰非質子強極性溶劑︰脫水劑=1︰1︰1.0～1.2︰4～5︰0.5～1.0，其中催化劑為碳酸鉀、非質子強極性溶劑為N-甲基吡咯烷酮、脫水劑為甲苯。

優選的，步驟（2）所述有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮中的至少一種。

優選的，步驟（2）所述沉淀劑為去離子水。

優選的，上述方法的步驟(1)中，4、4二氟苯甲酮、芳香族二元酚為反應原料，在非質子強極性溶劑、催化劑、脫水劑的作用下于140～160℃常壓反應2～3小時，去除脫水劑后升溫至180-200℃常壓反應2～4小時獲得磺化聚芳醚酮共聚物溶液。

磺化聚芳醚酮離子交換膜的制備方法如下：

（1）離子交換樹脂溶液配制

將磺化聚芳醚酮離子交換樹脂與有機極性溶劑按照一定配比溶解配成濃度為10%～30%的溶液；

離子交換膜制備

（2）將磺化聚芳醚酮離子交換樹脂溶液流延成型到干凈平整的玻璃板上，然后放入干燥箱中干燥。

優選的，步驟（1）中所使用的溶劑為N-甲基吡咯烷酮。

優選的，步驟（1）中離子交換樹脂與有機溶劑的濃度為25%。

優選的，步驟（2）中干燥的溫度設定為80^oC，干燥時間設定為8小時。

本發明的有益效果：