[發明專利]一種非離子型側鏈修飾聚苯并咪唑膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201810714905.3
• 申請日: 2018-07-03
• 公開（公告）號: CN108878740B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 焉曉明;董子偉;賀高紅;阮雪華;代巖;鄭文姬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M8/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明公開了一種非離子型側鏈修飾聚苯并咪唑膜及其制備方法，屬于全釩液流電池用隔膜的制備技術領域。適用于全釩液流電池中的非離子型膜，以聚苯并咪唑為主鏈，接枝非離子型側鏈后獲得膜材料并制膜，膜在具有較高電導率的同時又可以提高膜的化學穩定性，使膜具有較高的電池性能，可以作為電池隔膜應用到全釩液流電池中。

技術領域

本發明屬于全釩液流電池用隔膜的制備技術領域，具體涉及一種非離子型側鏈修飾聚苯并咪唑膜及其制備方法。

背景技術

隨著經濟和社會的不斷發展，對能源的需求和消耗越來越多。化石能源面臨枯竭，同時化石能源的大量消耗造成溫室效應和環境污染，能源問題和環境危機日益凸顯，大力推進太陽能、風能等可再生清潔能源的開發利用勢在必行，越來越受到各國的高度重視。然而太陽能、風能等可再生能源因受天氣變化的影響具有不穩定、不連續、不可控的非穩態特點，對電網的穩定性和安全性會造成很大沖擊。大規模高效儲能技術與可再生能源發電技術相結合可以有效地克服這些能源的非穩態缺點，提高電力系統的穩定性，改善電能的品質，提高能源的利用率，同時保證持續的能源供應和友好的生態環境。液流電池因具有循環壽命長、綠色環保、設計靈活、運行安全、選址自由、容易實現規模化等一系列優點，成為目前最受關注、發展最快、最具前景的儲能技術之一。

全釩液流電池的核心構件為電極、電解液以及離子交換膜。其中離子交換膜為核心構件之一很大程度決定了電池的壽命、性能、成本。離子交換膜在全釩液流電池中的作用主要有兩個：一個是分離正負極電解液，防止電池內部短路，避免交叉污染；另一個是傳導質子，連通電池回路。全釩液流電池運行或擱置過程中，正、負極不同價態的釩離子會通過離子膜交叉滲透，由此會引起水溶劑遷移而導致正、負極電解液的失衡，大大降低全釩液流電池的能量效率和循環壽命。目前廣泛使用的商業化離子交換膜為美國杜邦公司的Nafion膜，但是其具有成本高、釩滲透嚴重、水遷移嚴重等問題。因此，開發一種低成本、長壽命、高離子傳導率及高選擇性的離子交換膜顯得尤為重要，也是我們目前急待解決的問題。

發明內容

本發明旨在確保聚苯并咪唑膜傳質能力的同時提高化學穩定性的能力，提供了一種非離子型側鏈修飾聚苯并咪唑膜的制備方法：使用具有良好熱穩定性和機械性能的聚苯并咪唑聚合物，再對聚合物進行接枝非離子側鏈得到非離子型側鏈修飾的聚苯并咪唑并制膜。所制備的膜具有良好化學穩定性和較高的離子傳導率，可應用于全釩液流電池中。

本發明的技術方案：

一種非離子型側鏈修飾聚苯并咪唑膜，其結構式如下：

其中，x＝0～1；y＝0～1；n為2～10的正整數。

一種非離子型側鏈修飾聚苯并咪唑膜的制備方法，步驟如下：

(1)聚苯并咪唑聚合物的溶解：在惰性氣體保護下，50～80℃的油浴鍋中將聚苯并咪唑溶解于溶劑A中，完全溶解后再加入碳酸鉀，反應3h以上；

所述的聚苯并咪唑的分子量為5000～200000；

所述的聚苯并咪唑：碳酸鉀的摩爾比為1：1～3；

所述的聚苯并咪唑、碳酸鉀在溶劑A中的w/v均為1～20％；

所述的溶劑A為二甲基亞砜或N,N-二甲基乙酰胺；

(2)非離子型側鏈修飾聚苯并咪唑聚合物的合成：將含有羥基的溴單體加入到一定量的溶劑A中進行稀釋，得到稀釋液；將稀釋液每四個小時一次，每次1～2ml加到步驟(1)的反應液中，加完后在50～80℃反應12h以上；

所述的含有羥基的溴單體結構如下：

其中n為2～10的正整數；

所述的聚苯并咪唑：含有羥基的溴單體的摩爾比不大于3；