[發明專利]一種雙支化節磺化聚酰亞胺膜的制備方法

有效

• 申請號: 202010435847.8
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111423607B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 張亞萍;李勁超;龍俊;段浩;胥文杰;劉軍;汪妍林;羅歡
• 申請（專利權）人: 西南科技大學;四川朗晟新能源科技有限公司
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L79/08;C08G73/10;H01M8/1039;H01M8/1069;H01M8/1086
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 張忠慶

本發明公開了一種雙支化節磺化聚酰亞胺膜的制備方法，包括：在氮氣保護下，將間甲酚Ⅰ、TNPOB和苯甲酸加入反應器中，攪拌溶解；將間甲酚Ⅱ、BDSA和三乙胺加入容器中，攪拌溶解，再將TFAPOB加入至容器中，攪拌溶解，然后將容器中的物料置于恒壓滴液漏斗內，并滴加到反應器中，攪拌反應，得到鑄膜液，將鑄膜液傾倒于干燥且潔凈玻璃板上流延成膜，隨后將玻璃板在不同溫度梯度下干燥，得到三乙胺鹽型雙支化節磺化聚酰亞胺膜；將三乙胺鹽型雙支化節磺化聚酰亞胺膜置于無水乙醇中浸泡，再置于硫酸水溶液中浸泡，然后用去離子水洗滌，即得到雙支化節磺化聚酰亞胺膜，將其浸泡于去離子水中保存；得到的雙支化節磺化聚酰亞胺膜的釩離子滲透率低、質子選擇性高。

技術領域

本發明屬于電池隔膜領域，涉及一種雙支化節磺化聚酰亞胺膜的制備方法與應用。

背景技術

隨著時代的快速發展與科學技術的顯著進步，人們對于能源的需求量日益增加。然而，不可再生能源(例如：煤炭、石油、天然氣等)的短缺以及對其過度使用所造成的環境污染，已成為制約經濟續發展和生活環境水平提高的瓶頸之一。因此，可再生能源(例如：太陽能、潮汐能、風能等)的利用得到了高度重視。但是，可再生能源發電過程易受溫度、時間、季節等外界因素的影響，導致發電過程具有明顯的不連續、不穩定性。為了克服這些弊端，配備高效儲能裝置是解決新型可再生能源發電非穩態特性的重要手段，從而保證高效智能電網穩定運行。

全釩液流電池(VFB)是由新南威爾士大學的Maria Skyllas-Kazacos教授等人于1985年提出的一種新型綠色能量儲存/轉換裝置，具有容量和功率可調、大電流無損深度放電、使用壽命長、易操作和維護、無環境污染等優點。VFB可用作電網削峰填谷，能有效提高對新型可再生能源發電的接納能力和能源利用率，在新能源接入、智能電網建設等領域具有廣闊的應用前景。作為VFB的關鍵材料之一，隔膜材料不僅需要限制其正負極電解液的交叉混合，以減緩電池自放電速率，提高電池效率，而且允許平衡電荷的質子通過以實現電流傳輸，使電池形成一個完整的回路。因此，理想的隔膜材料應具有質子傳導率高、釩滲透率低、穩定性好、水遷移量少、成本低等優點。

早期研究表明：由于VFB的正極電解液具有強酸和強氧化性，使得大多數商用隔膜(如：Selemion CMV、CMS、AMV、DMV、ASS、DSV、DOW等)隨長時間的使用易被氧化降解，從而縮短電池的循環壽命。目前，化學穩定性好、質子傳導率高的全氟磺酸基Nafion系列膜在VFB中得到了普遍的應用。然而，由于Nafion膜的釩離子滲透率高，導致VFB充放電過程中兩極液間的釩離子易于交叉滲透，從而將引起電池的效率下降、自放電嚴重和循環壽命縮短等一系列問題。另外，由于Nafion膜昂貴的價格也限制了其在VFB中的大規模商業化應用。因此，開發具有低釩離子滲透率、杰出化學/電化學穩定性、低成本的新型VFB質子導電隔膜材料具有十分重要的研究意義和商業價值。

磺化芳香性高分子隔膜因具有低釩離子滲透率、優異質子選擇性、良好成膜性與機械強度等優勢，受到了眾多學者的關注。其中，磺化聚酰亞胺膜可使VFB獲得高的庫侖效率和緩慢的自放電速率，表明磺化聚酰亞胺膜在VFB中具有一定的應用潛力。但是，磺化聚酰亞胺膜在VFB的應用中存在以下兩個瓶頸問題：(1)在強酸強氧化性電解液環境中，磺化聚酰亞胺膜化學穩定性較弱，嚴重影響著其在電池中的使用壽命；(2)在VFB的應用中，磺化聚酰亞胺膜質子傳導率較低，不利于電池獲得更高的電壓效率。因此，亟需大幅度提升磺化聚酰亞胺膜的化學穩定性和質子傳導率。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

本發明旨在克服以上磺化聚酰亞胺膜所提及的不足與短板，制備一種具有強阻釩能力、良好化學穩定性和質子傳導水平的雙支化節磺化聚酰亞胺膜。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種雙支化節磺化聚酰亞胺膜的制備方法，包括以下步驟：