[發明專利]離子交換膜及其制造方法以及包含該膜的儲能裝置

在審

• 申請號: 201780014559.1
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN109071851A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 金娜玲;李瞳熏;廉承輯
• 申請（專利權）人: 可隆工業株式會社
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;H01M8/18
• 代理公司: 北京海智友知識產權代理事務所(普通合伙) 11455
• 代理人: 吳京順

本發明涉及離子交換膜及其制造方法以及包含該膜的儲能裝置。該離子交換膜包括：多孔性支承體，具有多個孔隙；離子導電體，填充于多孔性支承體的孔隙；以及二氧化硅涂層，位于多孔性支承體的表面，且含有二氧化硅和離子導電體。根據本發明的一實施方式的離子交換膜可以通過表面能控制，提高與粘合于離子交換膜的其他材料的表面粘結性，穩定地維持長期的耐久性，因此不僅用于儲能裝置時，在用于發電系統時也能夠提高粘合耐久性。另外，本發明的一實施方式的離子交換膜通過離子交換膜的表面能控制，也減小了與其它材料的表面電阻，從而提高了離子交換膜的厚度方向上的交換性能，由此不僅能夠提高粘合耐久性，而且也能夠提高系統的效率。

技術領域

本發明涉及離子交換膜及其制造方法以及包含該膜的儲能裝置，特別是涉及通過表面能控制，提高與粘合于離子交換膜的其他材料之間的表面粘結性，且減小表面電阻的離子交換膜及其制造方法以及包含該膜的儲能裝置。

背景技術

為了解決化石燃料枯竭和環境污染問題，正在努力通過提高使用效率來節省化石燃料或將可再生能源應用于更多領域。

如太陽熱和風力等可再生能源的使用效率比以前高很多，但這些能源是間歇性的，且不可預測。由于這些特性，對這些能源的依賴性是受限的，并且一次電源中可再生能源所占的比率非常低。

可充電電池(rechargeable battery)可提供一種簡單且高效的蓄電方法，因此正努力將其小型化并提高便攜性，而應用于間接性輔助電源、筆記本電腦、平板電腦、手機等小型家電的電源。

其中，氧化還原液流電池(RFB；Redox Flow Battery))是可以反復進行基于電解質的電化學可逆反應的充電和放電以長時間存儲能量的二次電池。該電池中分別影響電池電容和輸出特性的電池堆和電解槽彼此獨立地構成，使得電池的設計自如，設置空間的限制也較少。

另外，氧化還原液流電池設置在發電廠或電力系統、建筑物，是具有能夠應對突然的電力需求增加的負載均衡化功能、補償或抑制停電或瞬時低電壓的功能等，并具有根據需要可以自由地組合的非常有益的儲能技術，是適于大規模儲能的系統。

氧化還原液流電池通常由兩個分離的電解質組成。其中一個在陰極反應中儲存電活性物質，另一個用于陽極反應。在氧化還原液流電池中，電解質反應在陽極和陰極中互不相同，且存在電解質流動現象，因此在陽極與陰極之間產生壓力差。作為典型的氧化還原液流電池的全釩氧化還原液流電池中，陽極及陰極電解質的反應分別如下述反應式1及反應式2所示。

【反應式1】

【反應式2】

因此，為了克服在兩電極之間的壓力差，且即使反復進行充電和放電也能示出優異的電池性能，需要物理、化學耐久性均提高的離子交換膜。在氧化還原液流電池中，離子交換膜是在系統中占據約10％左右的價格的核心材料。

因此，在氧化還原液流電池中，離子交換膜作為決定電池壽命及價格的核心部件，為了氧化還原液流電池的商業化，需要離子交換膜的離子選擇滲透性較高，而使釩離子的交叉(crossover)降低，且使電阻降低而提高離子傳導率，并且需要具有機械及化學穩定性而提高耐久性，且價格低廉。

另一方面，目前市售的作為離子交換膜的聚合物電解質膜不僅已使用幾十年且作為不斷研究的領域，近年來也作為在直接甲醇燃料電池(DMFC；direct methanol fuelcell)、或聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC；polymer electrolyte membrane fuel cell,proton exchange membrane fuel cell)、氧化還原液流電池、水處理裝置(Waterpurification)等中使用的傳導離子的介質，對離子交換膜的各種研究也在積極進行。