[發明專利]一種液流電池用聚合物多孔離子傳導膜溶劑處理過程參數的篩選方法

有效

• 申請號: 201811110104.2
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN110940770B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 李先鋒;魯文靜;張華民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所;大連融科儲能技術發展有限公司
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N15/08;G06F30/20
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種液流電池用聚合物多孔離子傳導膜溶劑處理過程參數的篩選方法，利用聚合物?溶劑相互作用參數表征聚合物與溶劑之間相互作用的強度。通過判斷不同聚合物?溶劑相互作用的強弱，預測聚合物多孔離子傳導膜的成膜機理。并結合對聚合物多孔離子傳導膜相對溶脹率和收縮率的計算篩選出適宜的溶劑處理過程參數。聚合物多孔離子傳導膜是由包含極性基團的有機高分子樹脂中的一種或二種以上為原料制備而成。采用篩選出的溶劑處理過程參數可以使處理后的聚合物多孔離子傳導膜具有更為致密的形貌，同時具有較高孔貫通性，因此在組裝的全釩液流電池其中具有較好的電池效率和很好的循環壽命。

技術領域

本發明涉及一種液流電池用聚合物多孔離子傳導膜溶劑處理過程參數的篩選方法。

背景技術

液流電池是一種電化學儲能新技術，與其它儲能技術相比，具有系統設計靈活、蓄電容量大、選址自由、能量轉換效率高、可深度放電、安全環保、功率和容量可以獨立設計、維護費用低等優點，可以廣泛應用于風能、太陽能等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(Vanadium flow battery, VFB)由于安全性高、穩定性好、效率高、壽命長(壽命15年)、成本低等優點，被認為具有良好的應用前景。

電池隔膜是液流電池中的重要組成部分，它起著阻隔正、負極電解液，提供質子傳輸通道的作用。膜的質子傳導性、化學穩定性和離子選擇性等將直接影響電池的電化學性能和使用壽命。因此要求膜具有較高的離子選擇性和較高的質子傳導率，同時還應具有較好的化學穩定性和較低的成本。現在國內外使用的膜材料主要是美國杜邦公司開發的Nafion膜，Nafion膜在質子傳導率和化學穩定性等方面具有優異的性能，但由于價格昂貴，特別是應用于全釩液流電池中存在離子選擇性差等缺點，從而限制了該膜的工業化應用。因此，開發具有高選擇性、高穩定性和低成本的電池隔膜至關重要。而非氟離子交換膜由于離子交換基團的存在，其在全釩液流電池中的化學穩定性不足以滿足長期的使用要求。

為了解決非氟離子交換膜中由于離子交換基團的存在而導致的穩定性問題，本團隊開發了多孔離子傳導膜，通過孔徑篩分效應來實現對釩離子和氫離子的選擇性分離；全釩液流電池中聚合物多孔離子傳導膜的性能可以通過調節其形貌等因素來進行優化。因此，目前大部分的研究都集中于膜的結構設計來提高其性能，例如在鑄膜液中引入親水性無機基材料，引入荷電基團，改變相轉變過程中的制備參數等。但是大部分的修飾方法都沒有對聚合物多孔離子傳導膜的成膜機理進行深入闡釋，因而難以對其進行直接有效的結構設計與優化。利用溶劑處理的方法可以制備高性能非荷電非氟聚合物多孔離子傳導膜以及具有高度有序疏水/親水相分離結構的聚合物多孔離子傳導膜，且利用此方法可以初步闡明聚合物多孔離子傳導膜在溶劑處理過程中的成膜機理。但是對于特定的聚合物膜材料來說，選擇哪種溶劑處理后的膜應用于液流電池中效果最優，僅通過實驗探索，是需要大量的實驗和性能比對，程序復雜，成本較高。因此利用有效的方法選擇適宜的溶劑處理過程參數，對于更加簡單有效地制備高性能聚合物多孔離子傳導膜尤為重要，也有利于對于聚合物多孔離子傳導膜在溶劑處理過程中的成膜機理進行進一步探究。

發明內容

本發明目的在于提供一種液流電池用聚合物多孔離子傳導膜溶劑處理過程參數的篩選方法，用于全釩液流電池中。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種液流電池用聚合物多孔離子傳導膜溶劑處理過程參數的篩選方法，包含以下步驟：

(1)獲取聚合物和溶劑的相關物理化學參數。在溶劑處理過程中針對制備多孔離子傳導膜的聚合物材料選擇適宜的溶劑處理過程參數，需獲取以下數據：聚合物和溶劑的Hansen溶解度參數，聚合物多孔離子傳導膜的相對溶脹率和收縮率；

聚合物和溶劑的Hansen溶解度參數(δ)通過文獻查閱獲得，無法利用文獻查閱獲得的聚合物的溶解度參數(δ_i)通過式I計算得到，無法利用文獻查閱獲得的溶劑的溶解度參數(δ_j)通過式II計算得到：