[發(fā)明專利]一種SPEEK/lignin復(fù)合隔膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810444276.7
• 申請(qǐng)日: 2018-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN108649244B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈傳坤;葉家業(yè);樓雪純;吳春;孫立東;丁美
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué);重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/0226
• 分類號(hào): H01M8/0226;H01M8/18
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及全釩氧化還原液流電池所用隔膜領(lǐng)域，具體是一種SPEEK/lignin復(fù)合隔膜的制備方法，解決現(xiàn)有商業(yè)化隔膜存在的質(zhì)子交換膜釩離子滲透嚴(yán)重、以及價(jià)格昂貴等問題。以低成本磺化聚醚醚酮(SPEEK)為基體，將木質(zhì)素(lignin)作為質(zhì)子選擇傳導(dǎo)通道，采用分步分散、溶液澆注等成膜方法來制備SPEEK/lignin復(fù)合隔膜。本發(fā)明制備的復(fù)合隔膜具有良好的質(zhì)子選擇傳導(dǎo)率、優(yōu)異的釩離子阻隔性能、良好的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)良的單個(gè)VRB電池性能等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛地應(yīng)用于全釩氧化還原液流電池領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及全釩氧化還原液流電池(簡(jiǎn)稱釩電池或VRB)所用隔膜領(lǐng)域，具體是一種適用于全釩氧化還原液流電池的、基于lignin的新型SPEEK/lignin復(fù)合隔膜的制備方法。

背景技術(shù)：

釩電池是用于新型清潔能源(如：風(fēng)能、太陽能發(fā)電等)配套的大規(guī)模儲(chǔ)能最具可行性的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。目前，制約釩電池商業(yè)化主要問題是成本過高。其中，高成本隔膜材料是釩電池系統(tǒng)成本主要限制因素，因此是制約釩電池能否商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵材料。一種良好的隔膜材料應(yīng)具備良好的質(zhì)子傳導(dǎo)率、良好的穩(wěn)定性、優(yōu)越的釩離子阻隔性能等，現(xiàn)階段符合這種條件的隔膜材料幾乎沒有。

目前，國(guó)內(nèi)外示范性工程主要采用的隔膜材料為美國(guó)杜邦公司的Nafion系列膜(Nafion膜為聚四氟乙烯的陽離子交換膜)，但是Nafion具有阻釩性能差，電池自放電現(xiàn)象嚴(yán)重，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)制約其在釩電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外眾多公司及研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行多項(xiàng)隔膜改性研究工作，雖然增強(qiáng)隔膜的某些性能，但是這些改性隔膜的價(jià)格仍然高昂，制約著VRB的商業(yè)進(jìn)程。同時(shí)，研究人員試圖開發(fā)新型低成本隔膜材料，但是這類隔膜材料因化學(xué)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，也無法滿足釩電池商業(yè)化所需隔膜材料要求。另外，這些改性和制備過程具有工藝復(fù)雜，原料不易獲取等缺點(diǎn)，如何提高Nafion膜釩離子阻隔性能同時(shí)降低其成本是釩電池商業(yè)化的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容:

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，突破傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜的束縛，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于釩電池的SPEEK/lignin復(fù)合隔膜的制備方法，解決現(xiàn)有商業(yè)化隔膜存在的釩離子滲透嚴(yán)重以及價(jià)格昂貴等問題。采用該方法可獲得價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Nafion膜的SPEEK/lignin復(fù)合隔膜，其具有阻釩性能好、質(zhì)子傳導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)以及單個(gè)釩電池性能良好等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種SPEEK/lignin復(fù)合隔膜的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：

(1)lignin來源于造紙工業(yè)或者生物燃料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物，lignin使用前已經(jīng)通過氧化處理；

(2)SPEEK溶液的制備方法：按重量份計(jì)，將1份干燥的PEEK粉末溶于濃度為98wt％的濃硫酸中，質(zhì)量體積比為PEEK粉：濃硫酸＝1/50～1/10g/mL，在25～80℃恒溫條件下攪拌反應(yīng)0.5～6h；

(3)將步驟(2)反應(yīng)結(jié)束后的溶液用去離子水洗滌至中性，在25～100℃條件下干燥24h得到干燥的SPEEK；

(4)將步驟(3)所得SPEEK溶于高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑中，配成質(zhì)量體積比為1/50～1/10g/mL的SPEEK溶液；

(5)按重量份計(jì)，將lignin加入步驟(4)所得SPEEK溶液中，分步攪拌并超聲配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1～20％的SPEEK/lignin溶液；

(6)將步驟(5)所得SPEEK/lignin溶液加入帶槽玻璃板中，再采用溶液澆注法成膜，兩步以上升溫干燥處理，得到SPEEK/lignin復(fù)合隔膜。