[發明專利]共價交聯型多氟磺化聚酰亞胺質子交換膜的制備及應用

有效

• 申請號: 202110627114.9
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113308004B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 張亞萍;李勁超;胥文杰;羅鋼;黃文恒;龍俊;劉軍;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;C08J3/24;C08L79/08;C08L33/02;H01M8/1046;H01M8/1069
• 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

本發明公開了一種共價交聯型多氟磺化聚酰亞胺質子交換膜的制備及應用，包括：制備4,4'?(1,1'雙(4?氨基苯氧基))八氟聯苯，采用4,4'?(1,1'雙(4?氨基苯氧基))八氟聯苯為原料，通過縮聚反應制備三乙胺型羥基功能化的多氟磺化聚酰亞胺聚合物；再將三乙胺型羥基功能化的多氟磺化聚酰亞胺聚合物溶于二甲亞砜中，并加入交聯劑聚丙烯酸和催化劑4?二甲氨基吡啶反應；反應結束后流延成膜，制得三乙胺共價交聯型多氟磺化聚酰亞胺質子交換膜；將三乙胺共價交聯型多氟磺化聚酰亞胺質子交換膜置于洗滌劑中洗滌以及酸化后，得到共價交聯型多氟磺化聚酰亞胺質子交換膜；本發明制備的共價交聯型多氟磺化聚酰亞胺質子交換膜性能良好，適用于全釩氧化還原液流電池。

技術領域

本發明屬于電池隔膜領域，尤其涉及一種共價交聯型多氟磺化聚酰亞胺質子交換膜的制備方法和應用。

背景技術

傳統化石能源的緊缺及其大量使用所帶來的環境污染問題已成為制約國家經濟持續發展和阻礙人民生活水平提高的主要瓶頸之一。因此，新型可再生能源的開發與利用已得到國家的高度重視。但是，新型可再生能源發電過程易受發電時間、晝夜、季節等因素的影響，具有明顯的不連續、不穩定性。配備高效儲能裝置是解決新型可再生能源發電所存在問題的重要途徑之一。

全釩氧化還原液流電池是一種環境友好的大型儲能裝置，且具有易操作和維護、容量和功率可調和大電流無損深度放電等優點?；诖耍C氧化還原液流電池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，從而解決新型可再生能源發電非穩態、電力系統供需矛盾突出等問題，并保證高效智能電網穩定運行。此外，我國釩產量占到全球產量的48%，這為發展全釩氧化還原液流電池儲能產業創造了得天獨厚的條件。

隔膜作為全釩氧化還原液流電池的關鍵組件材料之一，其功能主要包括以下兩方面：（1）阻止正負極電解液中不同價態釩離子的交叉滲透，從而避免電池內部短路，抑制電池自放電現象，提高電池效率，并延長電池使用壽命；（2）構建電池內部電荷載體離子通道，允許平衡電荷的質子等特定離子通過以實現電流傳輸，使電池形成一個完整的閉合回路，并保證兩極之間的電荷平衡。因此，隔膜的質子傳導能力、阻釩性能、化學穩定性等性能直接影響著電池的效率、運行穩定性及壽命，進而影響全釩氧化還原液流電池系統的技術經濟性。目前，在全釩氧化還原液流電池中應用最為廣泛的隔膜是具有較高的質子傳導率和優異的化學穩定性的全氟磺酸基隔膜材料，如：美國杜邦公司生產的Nafion系列膜。但Nafion膜高的釩離子滲透率、昂貴的價格以及低的質子選擇性都極大地限制了其在全釩氧化還原液流電池中的大規模商業應用。因此，亟待開發可替代Nafion膜的新型隔膜材料。

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。目前，一系列磺化芳香性高分子隔膜材料已被研究者設計和制備，并嘗試應用于全釩氧化還原液流電池，例如：磺化聚醚醚酮膜、磺化聚苯并咪唑膜、磺化聚芳醚砜膜和磺化聚酰亞胺膜等。其中，使用磺化聚酰亞胺膜的全釩氧化還原液流電池展現出高的庫侖效率和緩慢的自放電速率，表明其在全釩氧化還原液流電池中具有一定的應用潛力。但是，磺化聚酰亞胺膜在全釩氧化還原液流電池中的研究目前仍然是初步的，在全釩氧化還原液流電池的強酸強氧化性電解液環境中，磺化聚酰亞胺膜的化學穩定性依然較弱，嚴重影響其在電池中的使用壽命。近年來，研究者針對全釩氧化還原液流電池用磺化聚酰亞胺膜存在的問題開展了廣泛的研究。