[發(fā)明專利]一種用于鋅溴液流電池的多孔分離膜及其制法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811315735.8
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109589802B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李欣;何振宇;楊冬梅;曾雨竹;陳永華;呂宏水;楊志宏;朱金大
• 申請（專利權(quán)）人: 國電南瑞科技股份有限公司;南瑞集團(tuán)有限公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: B01D69/04
• 分類號: B01D69/04;B01D71/10;B01D71/26;B01D71/28;B01D71/76;H01M8/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種多孔分離膜及其制法、利用該多孔分離膜所制電池，所述多孔分離膜原料包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的物質(zhì)：膜基材9.8～60wt％、導(dǎo)電劑0.1～18wt％、溶劑20～90wt％、分散劑0.1～2wt％。所述制備方法包括以下步驟：(1)將膜基體材料、導(dǎo)電劑、溶劑、分散劑混合，經(jīng)20～60℃攪拌研磨后得到料漿；(2)將料漿通過噴絲頭擠出，在與水或乙醇中進(jìn)行相轉(zhuǎn)化成型，固化得到多孔分離膜坯體；(3)將多孔分離膜坯體進(jìn)行烘干、切割，即可制得多孔分離膜。所述電池利用權(quán)多孔分離膜制得。本發(fā)明的多孔分離膜機(jī)械性能好，制備簡單；此外，作為電池隔膜應(yīng)用的傳質(zhì)阻力小，可以有效的降低電池的歐姆阻抗和極化阻抗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分離膜，具體為一種多孔分離膜及其制法、利用該多孔分離膜所制電池。

背景技術(shù)

鋅溴液流電池是一種新型的電化學(xué)儲能技術(shù)，這種電池通過電解液中正極側(cè)溴離子和絡(luò)合溴以及負(fù)極側(cè)鋅離子和鋅單質(zhì)相互轉(zhuǎn)化，完成電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)電能的存儲和釋放。充電過程中，正極溴離子失去電子生成絡(luò)合溴，發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極鋅離子得到電子生成鋅單質(zhì)，發(fā)生還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。其它儲能技術(shù)相比，鋅溴液流電池具有如下的優(yōu)點(diǎn)：1.安全性較高，2.可以進(jìn)行深度的充放電，3.安全環(huán)保，4.價(jià)格低廉，5.系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為靈活，電池功率與能量的配置較為獨(dú)立。鋅溴液流電池在風(fēng)電、太陽能等新能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、用戶側(cè)儲能、應(yīng)急電源系統(tǒng)等方便有著極佳的應(yīng)用前景。

鋅溴液流電池主要由三部分組成，包括電堆、電解液、管路系統(tǒng)等。其中電堆為雙極性結(jié)構(gòu)，電解液通過管路系統(tǒng)均勻的分配到每片單電池中。作為鋅溴液流電池的核心部件，電堆一般需要包含隔膜、電極、電解液分配裝置及集流裝置等。其中，隔膜起到阻隔正負(fù)極之間的化學(xué)反應(yīng)，提供離子通道并阻止電池自放電的作用。在鋅溴液流電池中一般使用多孔分離膜，這種分離膜可以阻止電池正極生成的絡(luò)合溴通過，但是可以為電解液中的溴離子和鋅離子提供通道。多孔分離膜的厚度、孔徑大小、孔隙率、電阻率、機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性等直接影響到電池的內(nèi)阻和使用壽命，此外多孔分離膜的形狀結(jié)構(gòu)也可以改變電解液的流動方式，進(jìn)而對電池的極化阻抗造成影響。從鋅溴液流電池的性能角度出發(fā)，一般要求多孔分離膜有較低的面電阻和較低的絡(luò)合溴滲透率，同時(shí)還要具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。

目前國內(nèi)鋅溴液流電池中使用的分離膜主要是平板狀的多孔分離膜，通常使用平面擠出法、輥壓法或流延法制備。這種方法制備的分離膜存在曲折因子高（4~10）、孔隙率低（≤30%）等缺點(diǎn)；且在使用過程中平板膜承受剪切力較大，容易出現(xiàn)膜基體疲勞或破損等現(xiàn)象，為了保證分離膜在使用過程中的機(jī)械強(qiáng)度，只有增加膜的厚度，這進(jìn)一步增大了分離膜的傳質(zhì)阻力。傳統(tǒng)制膜工藝中常選用萃取法、造孔劑法等造孔技術(shù)，這種方法造出的孔結(jié)構(gòu)常常為無序的海綿狀孔道，其曲折因子高，傳質(zhì)阻力大。平板膜應(yīng)用于液流電池時(shí)，電堆中電解液的流場需要精細(xì)規(guī)劃，以避免其在膜表面流動時(shí)出現(xiàn)流動不均勻甚至是死區(qū)等現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明目的是提供一種機(jī)械性能好的多孔分離膜，本發(fā)明的另一目的是提供一種不容易出現(xiàn)膜基體疲勞或破損等現(xiàn)象的多孔分離膜的制備方法，本發(fā)明的再一目的是提供一種電解液流動均勻的利用多孔分離膜制得的管式鋅溴液流電池。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種多孔分離膜，其原料包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的物質(zhì)：膜基材9.8～60wt%、導(dǎo)電劑0.1~18 wt%、溶劑20~90 wt%、分散劑0.1~2 wt%。優(yōu)選地，原料包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的物質(zhì)：膜基材25～40wt%、導(dǎo)電劑1~2 wt%、溶劑60~70 wt%、分散劑1~2 wt%。

膜基材為聚乙烯和聚醋酸乙烯酯共聚物、聚醋酸乙烯酯、氯磺化聚乙烯、磺化聚乙烯、磺化聚乙烯和聚苯乙烯共聚物、聚N,N-二甲基丙烯酸丁酯、聚N,N-二甲基丙烯酸丁酯和磺化聚乙烯共聚物、聚異戊二烯、乙基纖維素中的一種或多種，聚乙烯優(yōu)選分子量200萬以上的超高分子量聚乙烯或分子量30萬以下的HDPE高密度聚乙烯。