[發(fā)明專利]一種全釩液流電池隔膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910018606.0
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109994763B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設計）人: 趙龍;謝康俊;董珍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M8/1069
• 分類號: H01M8/1069;H01M8/1072;H01M8/1088;H01M8/1044;H01M8/1048;H01M8/18;C08F255/02;C08F212/14;C08F2/46
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 陳燦

本發(fā)明屬于液流電池的離子交換膜領域，更具體地，涉及一種低成本全釩液流電池隔膜的制備方法。其通過以乙烯?乙烯醇共聚物粉體作為基材，與含有陽離子交換功能和陰離子交換功能的單體輻照接枝，成膜后質子化得到全釩液流電池隔膜，由此解決目前使用的釩液流電池隔膜價格昂貴、釩滲透率高的技術問題。

技術領域

本發(fā)明屬于液流電池的離子交換膜領域，更具體地，涉及一種低成本全釩液流電池隔膜的制備方法。

背景技術

隨著化石能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴峻，大力開發(fā)太陽能、風能等清潔能源成為解決能源問題的重要途徑。但由于自然條件的限制，太陽能和風能的發(fā)電量隨著晝夜變化發(fā)生顯著變化，難以保持持續(xù)穩(wěn)定的電能輸出，所以需要采用大型的儲能系統(tǒng)對電網進行調峰。因此，開發(fā)效率高、規(guī)模大、經濟性好的儲能系統(tǒng)成為太陽能、風能等新能源發(fā)展的核心問題。

釩液流電池是一種以不同價態(tài)釩離子的氧化還原反應進行能量存儲的儲能系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)的蓄電池，釩液流電池具有儲能效率高、充放電快、循環(huán)壽命長、容量大等、安全性高、成本低等優(yōu)點，在太陽能、風能發(fā)電等大規(guī)模儲能中具有極好的應用前景。

離子交換膜是釩液流電池中最關鍵的組件之一，其起到離子傳輸和分隔電池正負極、防止電池短路的作用，并且在一定程度上決定了釩液流電池的成本。良好的離子交換膜需要具備優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、低釩離子滲透率、高電導率和低成本等性質。美國杜邦公司生產的Nafion系列膜是目前使用最廣泛的一種商業(yè)膜，但是其釩離子滲透率較高并且價格昂貴。中國專利申請說明書CN 102181069 B中公布了一種聚偏氟乙烯接枝苯乙烯和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯制備離子交換膜的方法，該膜具有較好的穩(wěn)定性和阻釩性能，但是制備工藝較復雜，磺化過程需要使用較危險的氯磺酸，并且含氟樹脂價格較高。因此，制備成本低、工藝簡單的釩液流電池隔膜具有重要意義。

發(fā)明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種全釩液流電池隔膜的制備方法，其通過以乙烯-乙烯醇共聚物粉體作為基材，與含有陽離子交換功能和陰離子交換功能的單體輻照接枝，成膜后質子化得到全釩液流電池隔膜，由此解決目前使用的釩液流電池隔膜價格昂貴、釩滲透率高的技術問題。

為實現上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種全釩液流電池隔膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)對乙烯-乙烯醇共聚物粉體進行輻照，乙烯-乙烯醇共聚物粉體表面輻照后產生自由基，表面含有自由基的乙烯-乙烯醇共聚物與接枝單體發(fā)生接枝反應，反應完畢后，取出輻照接枝后的粉體，清洗除去未反應完的單體；

其中，所述接枝單體包括含有陽離子交換功能的單體和含有陰離子交換功能的單體，所述含有陽離子交換功能的單體中含有磺酸基；

(2)將步驟(1)輻照接枝后的共聚物粉體轉化成膜材料，然后將該膜材料進行質子化反應，得到全釩液流電池隔膜。

優(yōu)選地，所述乙烯-乙烯醇共聚物粉體的粒度介于60目至100目之間。

優(yōu)選地，所述接枝單體中含有陽離子交換功能的單體為苯乙烯磺酸鈉，所述含有陰離子交換功能的單體為甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。

優(yōu)選地，所述接枝單體中苯乙烯磺酸鈉和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的摩爾比為1～10:1。

優(yōu)選地，所述輻照接枝具體方法為：將乙烯-乙烯醇共聚物粉體、接枝單體、水加入到輻照管中，無氧密封條件下，采用γ-射線或電子束在室溫下進行共輻照接枝反應。

優(yōu)選地，所述輻照接枝具體方法為：采用預輻照接枝的方法，具體步驟為先將乙烯-乙烯醇共聚物粉體置于無氧密封環(huán)境下，采用γ-射線或電子束輻照，并在低溫下保存，然后將輻照后的粉體與單體溶液混合，在65～75℃發(fā)生接枝反應0.5～8小時。