[發明專利]液流電池用離子交換膜

有效

• 申請號: 201410145350.7
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN104037431B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 陳亞軍;黃沛;肖曉杰
• 申請（專利權）人: 廣東玖美新材料有限公司
• 主分類號: H01M8/0239
• 分類號: H01M8/0239;H01M8/0243
• 代理公司: 深圳市港灣知識產權代理有限公司44258
• 代理人: 微嘉

技術領域

本發明屬于功能高分子膜材料技術領域，具體涉及一種液流電池用離子交換膜及其制備方法。

背景技術

隨著經濟的快速發展，人們的生活水平也越來越高，同時對能源的需求也越來越大，但是近幾年屢次發生的大規模、持續時間長的霧霾天氣，嚴重影響了人們的身體健康和社會生產活動，因此發展新型清潔能源成為當前的戰略問題。目前國內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。

液流儲能電池作為儲能技術中的一種，它與其他儲能技術相比，具有能量轉換效率高、系統設計靈活、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、安全環保、使壽命長、維護費用低等優點，可以廣泛應用于風能、太陽能燈可再生能源發電儲能、應急電源系統、備用電站和電力系統削峰填谷等方面。全釩液流電池作為液流電池中的一種，它具有安全性高、穩定性好、效率高、壽命長、成本低等優點，被公認為液流儲能電池中最優前景和代表性的一種液流儲能電池。

全釩液流電池的關鍵組件有電極、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。目前釩電池隔膜主要采用的是全氟磺酸型離子交換膜，尤其是現階段處于壟斷地位的美國杜邦公司Nafion型離子交換膜。該類離子交換膜具有優良的電化學性能和化學穩定性能，但是該牌號的離子交換膜價格高昂，使得釩電池組件的價格居高不下，嚴重的限制了釩電池的商業化應用。因此開發一款價格便宜、電性能優良、阻釩性能好的離子交換膜既能打破國外公司的技術壟斷，同時又對釩電池的商業化應用起著非常重要的促進作用。

目前開發的釩電池用離子交換膜主要集中在開發原材料成本低廉、來源廣泛的非氟離子交換膜，比如通過化學手段(磺化、接枝)將磺酸基團引入聚醚醚酮、聚醚砜、聚砜、聚苯硫醚、聚酰亞胺等常用工程塑料的主鏈上，然后在通過流延成型的方式制作離子交換膜。該類型離子交換膜具有成本低、膜拉伸強度高、阻釩性能好等優點，但是其電性能隨磺化度的影響較大，最重要的缺陷是該類型離子交換膜的化學穩定性差，膜的長期運行性能受到質疑，目前為止這類離子交換膜還沒有在釩電池商業化中成功應用。

另外有公開報道采用有機多孔分離膜作為釩電池隔膜的主體材料，同時在多孔分離膜的表層復合一層含有電荷基團的功能高分子薄膜材料并以此來提高多孔分離膜的離子選擇透過性，該方法制備的復合膜化學穩定較高，成本低，理論上具備在釩電池中使用，但是該復合膜的均一性差，同時這層薄的致密膜在制備及使用過程中容易出現穿孔等現象，因此該類型隔膜在釩電池商業化應用上具有技術風險。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的上述問題，提供一種化學穩定性好、阻釩性能好且成本低廉的液流電池用離子交換復合膜。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種液流電池用離子交換膜，包括有機多孔膜和全氟磺酸離子交換樹脂，其中，有機多孔膜孔為基體，全氟磺酸離子交換樹脂浸潤于有機多孔膜的孔洞里。

進一步地，所述有機多孔膜的材質為高分子樹脂。

進一步地，所述有機多孔膜的材質為聚砜、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚芳醚酮、聚醚砜或聚醚酰亞胺。

進一步地，所述有機多孔膜為單層多孔膜或多層多孔膜復合膜。

進一步地，所述有機多孔膜的孔徑為5nm～30um，孔隙率為35～85％，多孔膜厚度為5～300um，拉伸強度為15～200MPa，拉伸斷裂伸長率為20％以上。

進一步地，一種液流電池用離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

S1：制備全氟磺酸離子交換樹脂溶液：

將全氟磺酸離子交換樹脂按質量比為5～30％的比例溶解于全氟磺酸離子交換樹脂的有機溶劑中，所述質量比為全氟磺酸離子交換樹脂與其有機溶劑的質量之比；

S2：將有機多孔膜浸入乙醇或丙酮中浸泡2～8h，然后用去離子水將其清洗干凈并晾干；