[發明專利]一種非離子化PBI/PVP膜及其制備方法和液流電池

有效

• 申請號: 202011078124.3
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112225931B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 譚青龍;韓銀鋒;李群;賈聰;何國芳;王昌安;程學禮;禚林海;左健
• 申請（專利權）人: 泰山學院
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L79/04;C08L39/06;H01M8/18
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

本發明公開了一種非離子化PBI/PVP膜及其制備方法和液流電池，制備方法，包括以下步驟：步驟A：PBI/PVP鑄膜液的制備：在裝有攪拌裝置的容器中加入PBI/PVP_Kn?x及10?1000ml有機溶劑，20?60℃下加熱攪拌至聚合物溶解形成均勻透明的PBI/PVP溶液；待所述聚合物溶液冷卻至室溫，去除氣泡、不溶物，得到PBI/PVP鑄膜液，其中，n＝16、18、23或30，x為PVP_Kn的質量分數；步驟B：成膜：將步驟A中的PBI/PVP鑄膜液成膜，加熱烘干即得PBI/PVP膜。將不同質量分數、不同平均分子量的親水性PVP_Kn摻雜到機械性能優異且主鏈不含醚鍵的PBI中，制備了非離子化的PBI/PVP膜，PBI的機械性能優異、阻釩能力強且化學穩定性優；PVP帶有可被質子化的弱堿基團，電導率強。所制備的PBI/PVP_Kn?x膜具有優異的離子電導率、阻釩能力及其電池性能。

技術領域

本發明涉及一種液流電池用膜材料,特別涉及一種非離子化聚合物離子傳導膜,并涉及其制備方法和包括該非離子化聚合物離子傳導膜的液流電池。

背景技術

全釩液流電池(VRFBs)因其功率、容量可獨立設計、可深度充放電、綠色環保、維護簡單等優點，被視為最有前景的理想儲能裝置。

VRFBs采用溶于硫酸的不同價態釩離子作為電池正極與負極反應的活性物種，通過反應活性物種的價態變化來實現能量的存儲與釋放，作為VRFBs的核心部件，離子傳導膜直接決定了電池的輸出性能、成本及壽命。

目前現有的商業化質子交換膜材料(如美國Dupont公司的系列膜)由于阻釩性欠佳、離子選擇透過性較低且成本較高，嚴重制約了全釩液流電池的推廣與應用，因此，高性能離子傳導膜材料的研發仍然是VRFBs研究的重要任務之一。

全釩液流電池用離子傳導膜研究體系主要包括陽離子交換膜和陰離子交換膜。陽離子交換膜優點是離子電導率高，化學穩定性好，缺點是離子選擇性差，成本高。陰離子子交換膜的優點是成本低，阻釩性好，缺點是離子電導率差，化學穩定性差。

開發高效傳質與阻釩協同兼顧的全釩液流電池離子傳導膜成為一項科學挑戰。

發明內容

針對以上問題，本發明從膜的非離子化弱堿性設計出發，提出了本發明的解決方案。

本發明為實現上述目的，通過以下技術方案實現：

根據本發明的一個方面，提供一種非離子化PBI/PVP膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟A：PBI/PVP鑄膜液的制備：

在裝有攪拌裝置的容器中加入PBI/PVP_Kn-x及10-1000ml有機溶劑；

20-60℃下加熱攪拌至聚合物溶解形成均勻透明的PBI/PVP聚合物溶液；作為可選方案，加熱時長為2-6h。

待所述PBI/PVP_Kn-x聚合物溶液冷卻至室溫，去除氣泡、不溶物，得到PBI/PVP鑄膜液，其中，n＝16、18、23或30，x為PVP_Kn的質量分數；

步驟B：成膜：

將步驟A中的PBI/PVP鑄膜液成膜，加熱烘干即得PBI/PVP膜。

優選的,步驟A中x為30％-60％，PBI/PVP_Kn-x的添加順序為：先稱取一定質量的PBI，再按照質量分數為30％-60％的比例將PVP_Kn摻雜到PBI中，并溶解于有機溶劑得聚合物。

優選的，所述有機溶劑為N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亞砜(DMSO)中任意一種。