[發明專利]一種液流電池用離子傳導膜及其制備和應用

在審

• 申請號: 201710940705.5
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN109659469A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 李先鋒;趙于月;張華民;袁治章;魯文靜;喬琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種液流電池用離子傳導膜，其特征在于：

以氯甲基化或溴甲基化有機高分子樹脂為原料制備成離子傳導膜基體，或有機高分子樹脂與氯甲基化或溴甲基化有機高分子樹脂為混合原料制備成離子傳導膜基體，先通過親水性試劑在離子傳導膜基體上接枝親水性基團，親水性基團為季胺類基團，再通過交聯劑在上述膜基體上形成具有交聯結構的離子傳導膜；其中，基體中有機高分子樹脂與氯甲基化或溴甲基化高分子樹脂的質量比為0-1，交聯劑為雙胺類基團。

2.根據權利要求1所述的離子傳導膜，其特征在于：所述親水性試劑為C_xH_2x+1NH₂或(CH₃)₂N-(CH₂)_xCH₃中的一種或兩種以上，其中x為2-20之間的整數。

3.根據權利要求1或2所述的離子傳導膜，其特征在于：所述親水性試劑為正丙胺、正丁胺、N,N二甲基正己胺、N,N二甲基正癸胺中的一種或兩種以上。

4.根據權利要求1所述的離子傳導膜，其特征在于：所述用于交聯的雙胺類基團為具有交聯結構且具有離子交換功能的交聯劑，交聯劑為咪唑、乙二胺、丙二胺、己二胺、對苯二胺中的一種或兩種以上。

5.根據權利要求4所述的離子傳導膜，其特征在于：所述交聯劑為咪唑或/和對苯二胺。

6.根據權利要求1所述的離子傳導膜，其特征在于：所述有機高分子樹脂為聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、聚苯并咪唑中的一種或兩種以上，氯甲基化或溴甲基化有機高分子樹脂中的有機高分子樹脂為聚砜、聚酰亞胺、聚苯乙烯中的一種或兩種以上，其氯甲基化或溴甲基化程度在0.9-2.0范圍內。

7.根據權利要求1所述的離子傳導膜，其特征在于：所述離子傳導膜是通過蒸汽相轉化法制備的多孔膜或溶劑揮發沉淀法制備的致密膜，膜基體厚度為20～500μm，膜孔隙率為0～80％。

8.一種權利要求1-7任一所述的離子傳導膜的制備方法，其特征在于：所述離子傳導膜按如下過程制備而成，

1)將氯甲基化或溴甲基化高分子樹脂溶解在有機溶劑中，在溫度為20～100℃下充分攪拌0.5～12h，其中添加或不添加有機高分子樹脂，有機高分子樹脂與氯甲基化或溴甲基化高分子樹脂的質量比為0-1，溶液質量濃度為5～70％；

2)將步驟(1)制備的溶液傾倒在無紡布或無塵玻璃板上，然后放入樹脂不良溶劑的恒溫恒濕箱中，5～600秒后除去表面的溶劑，膜厚度為20～500μm，恒溫恒濕箱中相對濕度為50～100％，溫度為0～100℃，5～600秒后除去表面的有機溶劑，膜厚度為20～500μm；

或者直接在50～100℃的熱臺上蒸發有機溶劑，12～48h后成膜，膜厚度為20～500μm；

3)將親水性試劑溶于水中，攪拌0.5～5h，配制成質量分數為10％-飽和的水溶液；

4)將步驟(2)中制備的離子傳導膜在0～100℃條件下置于步驟(3)中所制備的溶液中0.5～180h，去離子水洗滌；

5)將交聯劑溶于水中，攪拌0.5～5h，配制成質量分數為10％-飽和的水溶液；

6)將步驟(4)中制備的離子傳導膜在0～100℃條件下置于步驟(5)中所制備的交聯劑的溶液中0.5～180h；

7)將步驟(6)制備的膜用去離子水清洗，加入0.1～3mol/L的酸溶液中酸化處理再保存于去離子水。

9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于：

所述有機溶劑為二甲基亞砜、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N’-二甲基甲酰胺中的一種或二種以上，樹脂的不良溶劑為水、甲醇、乙醇、丙醇或異丙醇中的一種或二種以上；酸溶液為硫酸、鹽酸或硝酸水溶液。

10.一種如權利要求1-7之一所述離子傳導膜的應用，其特征在于：所述離子傳導膜可用于液流電池中，其中液流電池包括全釩液流電池、鋅/溴液流電池、多硫化鈉/溴液流電池、鐵/鉻液流電池、釩/溴液流電池，鋅/鐵液流電池和鋅/碘液流電池等液流電池。