[發明專利]具有類石墨烯結構的離子傳導膜及制備和應用

有效

• 申請號: 201811248734.6
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN111106360B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 袁治章;李先鋒;張華民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/0221
• 分類號: H01M8/0221;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

1.一種具有類石墨烯結構的離子傳導膜的制備方法，其特征在于：將不帶電荷的不溶于水的高分子樹脂、帶電荷的不溶于水的高分子樹脂、電中性的溶于水的高分子樹脂溶于有機溶劑中，混合均勻后蒸發溶劑成膜；

溶劑揮發成膜過程中，帶電荷的不溶于水的高分子樹脂與電中性的溶于水的高分子樹脂發生相互作用，誘導電中性的溶于水的高分子樹脂均勻聚集重排，待溶劑揮發完全后，將其浸于水中，去除均勻聚集重排的電中性的溶于水的高分子樹脂后，得到具有類石墨烯結構的離子傳導膜；

所述具有類石墨烯結構的離子傳導膜采用如下步驟制備：

（1）將不帶電荷的不溶于水的高分子樹脂中一種或兩種以上、帶電荷的不溶于水的高分子樹脂中的一種或兩種以上、電中性的溶于水的高分子樹脂中的一種或兩種以上溶解在有機溶劑中，在溫度為10～100 ℃下充分攪拌5～60 h制成共混均勻溶液；

（2）將步驟（1）制備的共混溶液傾倒在無紡布基底或直接傾倒在玻璃板上，揮發溶劑0～60秒，然后在40～200 ℃溫度下蒸干溶劑成膜；溶劑揮發成膜過程中，帶電荷的不溶于水的高分子樹脂與電中性的溶于水的高分子樹脂發生相互作用，誘導電中性的溶于水的高分子樹脂均勻聚集重排，待溶劑揮發完全后，將其浸于水中，去除均勻聚集重排的電中性的溶于水的高分子樹脂后，得到具有類石墨烯結構的離子傳導膜；膜的厚度在20～500 μm之間；

其中帶電荷的不溶于水的高分子樹脂與電中性的溶于水的高分子樹脂的濃度的比例在0.1-5之間；

不帶電荷的不溶于水的高分子樹脂占總高分子樹脂的30 wt%-50 wt%；不帶電荷的不溶于水的高分子樹脂與帶電荷的不溶于水的高分子樹脂的濃度比例在0.5-2之間；

所述的不帶電荷的不溶于水的高分子樹脂為聚砜類、聚醚酮類、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚苯硫醚中的一種或兩種以上；

帶電荷的不溶于水的高分子樹脂為磺化或羧酸化聚砜、磺化或羧酸化聚酰亞胺、磺化或羧酸化聚苯并咪唑、季銨化氯甲基化聚砜、季磷化氯甲基化聚砜中的一種或兩種以上；

電中性的溶于水的高分子樹脂為聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇中的一種或兩種。

2.根據權利要求1所述的具有類石墨烯結構的離子傳導膜的制備方法，其中，所述的類石墨烯結構的片層厚度范圍為5 nm~100 nm。

3.按照權利要求1所述的具有類石墨烯結構的離子傳導膜的制備方法，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）、四氫呋喃（THF）中的一種或二種以上。

4.根據權利要求1所述的具有類石墨烯結構的離子傳導膜的制備方法，其特征在于：

步驟（2）中蒸干溶劑成膜的溫度為40～80 ℃；得到的具有類石墨烯結構的離子傳導膜，膜的厚度為30～120 μm。

5.一種權利要求1-4任一所述制備方法制備獲得的具有類石墨烯結構的離子傳導膜。

6.一種權利要求5所述的具有類石墨烯結構的離子傳導膜在液流電池中的應用。

7.按照權利要求6所述的應用，其特征在于：用于液流電池中，所述的液流電池包括全釩液流電池、鋅鐵液流電池、鋅/鈰液流電池、釩/溴液流電池或鐵/鉻液流電池。