[發明專利]一種液流電池用離子傳導膜及其制備和應用

有效

• 申請號: 201811118420.4
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN110943238B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 李先鋒;喬琳;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: H01M8/0245
• 分類號: H01M8/0245;H01M8/18
• 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：離子傳導膜由皮層和大孔支撐層疊合組成，皮層厚度為10nm～500nm，皮層孔徑為0.5-10nm，膜孔隙率為50~80%，膜厚度為30-120 μm；所述的離子傳導膜采用配位相轉化法制備而成，即以含有金屬配位官能團的有機高分子樹脂中的一種或二種以上為原料，溶于有機溶劑中形成溶液，將溶液傾倒于平板上，在-20～100 ℃溫度下，將表面帶有溶液的平板整體浸沒在過渡金屬鹽的有機溶液中5s～10min后取出，然后將其浸沒于樹脂的不良溶劑中制備而成，在液流電池應用前將膜浸泡于0.1~3mol L^-1 的硫酸溶液中；所述有機溶劑為二甲基亞砜（DMSO）、N,N’-二甲基乙酰胺（DMAC）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）的一種或二種以上；樹脂的不良溶劑為水、甲醇、乙醇或異丙醇中的一種或二種以上。

2.根據權利要求1所述的膜，其特征在于：所述金屬配位官能團為-NH₂、-COOH、氮雜環中的一種或二種以上，過渡金屬為鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鈀或銀中的一種或二種以上，過渡金屬鹽陰離子為氯離子、醋酸根離子或硝酸根離子中的一種或二種以上。

3.根據權利要求1所述的膜，其特征在于：所述的含有金屬配位官能團的有機高分子樹脂為氨甲基化聚砜、芳羧酸功能化的聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯并咪唑中的一種或二種以上。

4.一種如權利要求1-3任一所述的膜的制備方法，其特征在于：所述的離子傳導膜采用如下過程制備：

（1）將含有金屬配位官能團的有機高分子樹脂中的一種或二種以上溶解在有機溶劑中，在溫度為10～80 ℃下攪拌2～48 h制成溶液；其中有機高分子樹脂濃度為5～60 wt%；

（2）將過渡金屬鹽中的一種或二種以上溶解在步驟（1）的有機溶劑中形成均相的溶液，其中溶液的濃度為0.1 mmol L^-1~100 mmol L^-1；

（3）將步驟（1）制備的共混溶液傾倒于平板上，揮發溶劑0～60 min，在-20～100 ℃溫度下浸沒于步驟（2）制備的過渡金屬鹽溶液中5 s～10 min，然后轉移至樹脂的不良溶劑中固化成離子傳導膜；膜由皮層和大孔支撐層疊合組成，皮層厚度為10 nm～500 nm，皮層孔徑為0.5-10nm,膜孔隙率為50~80%,膜厚度為30-120μm；

（4）使用前浸泡于0.1~3 mol L^-1 的硫酸溶液中。

5.根據權利要求4所述的膜的制備方法，其特征在于：所述有機溶劑為二甲基亞砜（DMSO）、N,N’-二甲基乙酰胺（DMAC）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）的一種或二種以上；樹脂的不良溶劑為水、甲醇、乙醇或異丙醇中的一種或二種以上。

6.根據權利要求4所述的膜的制備方法，其特征在于：其中有機高分子樹脂濃度為10～20 wt%；其中溶液的濃度為1～20 mmol L^-1。

7.一種如權利要求1所述的離子傳導膜的應用，其特征在于：所述離子傳導膜用于液流電池中，所述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/溴液流電池或鋅/鈰液流電池。