[發明專利]一種離子導電膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201911035114.9
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN112717731B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 蔣峰景;周新杰;鐘宇光;鐘春燕
• 申請（專利權）人: 海南椰國食品有限公司;上海交通大學
• 主分類號: B01D71/82
• 分類號: B01D71/82;B01D69/12;B01D69/02;B01D67/00;H01M8/1067;H01M8/1069;H01M8/1086;H01M8/18
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本發明提供了一種離子導電膜及其制備方法，所述方法包括以下步驟：A1：將離子液體加入到磺化聚合物溶液中，制得鑄膜液；A2：將鑄膜液澆鑄在平板上，然后干燥成復合膜；A3：將復合膜中的離子液體洗去，然后干燥，得到多孔膜。使用本發明的方法制備的復合多孔膜擁有非對稱多孔結構，具有機械強度高、質子導電率高、離子選擇性高的特點，可以實現離子的選擇性分離。此外，本發明還具有制備工藝簡單，經濟高效等優點。

技術領域

本發明涉及一種簡單、高效的離子導電膜及其制備方法，具體涉及一種具有離子選擇功能的非對稱多孔聚合物膜及其制備方法。

背景技術

液流電池是一種新型儲能電池，利用不同離子間氧化還原反應，實現能量的儲存和釋放，具壽命長，效率高，容量易調控的特點。液流電池作為一種大規模的儲能電池，可以廣泛應用于新能源發電系統、電網調峰、離網供電等領域。

液流電池中，離子選擇膜是電池的核心組件，在起到阻隔正負電極的活性物質的作用的同時，還需要給導電質子提供傳輸條件。離子選擇膜的質子傳導性、離子選擇性和穩定性等性能對電池的壽命、性能和成本都有極大影響。因此要求膜具有較好的離子選擇性（較低的活性離子滲透率和較好的質子導電性），較好的化學穩定性和機械強度，較低的成本。

目前，市場上主要使用的離子選擇膜是美國Dupont公司Nafion系列的全氟磺酸膜，其在化學穩定性、強度和壽命方面有著優異的性能，但其有價格貴，且主要技術掌握在日、美等少數國家。所以，迫切需要開發低成本高性能的離子選擇膜來滿足液流電池的使用需求。

以全釩液流電池為例，電解液中的活性物質釩離子和導電質子都以水合離子的形式存在，釩離子半徑明顯大于質子半徑，合適的孔結構可通過篩分機理使得導電質子穿過膜，并阻隔釩離子。同時多孔膜，具有選材寬泛，成本低，穩定性強的特點。所以納米多孔膜可以作為全氟磺酸膜的一種良好替代品。

多孔膜的制備常用方法有相轉化法、模板法和熱致相分離法等。

在相轉化法中，將連續相的高分子溶液或半干溶液放入非溶劑溶中，使得高分子聚合物在界面快速析出，在薄的致密層下方形成多孔結構，從而制備納米多孔膜。相轉化法相分離方法制備多孔膜在液流電池中有較多應用。Yuyue Zhao等（Advanced FunctionalMaterials, 2016, 26, 210–218）, Zhizhang Yuan等（Journal of Materials ChemistryA, 2017, 5, 6193–6199）,專利CN201410776155.4，CN201610530366.9，CN201510571868等均相繼有所報導，利用相轉化法作為膜的制備方法，或利用相轉化法作為多孔膜制備過程中的一個步驟。

總結文獻中已報道的相轉化多孔膜的制備方法發現：

(1)在許多相轉化多孔膜中，大孔側多為指狀孔，不具有離子選擇性；在靠近膜表面會形成極薄的致密層，它起到一定離子選擇性的作用，但其厚度極薄，受到擠壓，拉伸等外力時易破損，從而導致膜功能的喪失；

(2)采用相轉化方法制備多孔膜，其表面功能層（致密層）的厚度和離子選擇性較難控制，且一致性較差。

(3)通過相轉化方法得到的多孔膜，大多不便于實現離子導電率和選擇性的調節。

在模板法中，常使用小分子物質作為致孔劑，在形成致密膜后，將小分子物質通過溶解，水解等方法去除或處理，形成多孔結構。Peng等（Rsc Adv . 2017,7(4):1852-1862）,專利CN201710360200，CN201910477091等均相繼有所報導，利用模板法制備多孔離子選擇膜。

總結文獻中已報道的模板法多孔膜的制備方法發現：模板法成孔的孔徑大小和孔隙率受造孔劑分子的大小、團聚以及和聚合物基體直接的相容性的影響，不便實現孔徑和孔隙率的連續調控。