[發(fā)明專利]一種聚苯并咪唑膜及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110996505.8
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113929943B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭桑珊;何清;熊娉;陳玉月;肖思思
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L79/04;C08K5/17;C08K5/3467;H01M8/0239;H01M8/18
• 代理公司: 北京天盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳

本發(fā)明涉及液流電池用隔膜技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種聚苯并咪唑膜及其制備方法和應用。該方法包括：（1）在溶劑Ⅰ存在下，將聚苯并咪唑類聚合物與胺類化合物進行第一接觸混合，得到鑄膜液；（2）將鑄膜液進行澆鑄，得到鑄膜；（3）將所述鑄膜依次進行第一浸泡處理、第二浸泡處理和第三浸泡處理。本發(fā)明方法制備得到的聚苯并咪唑膜具有高離子傳導率和良好的化學穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液流電池用隔膜技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種聚苯并咪唑膜及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

離子傳導膜是液流電池的核心部件，其作用不僅是將正負極電解質(zhì)隔開，防止發(fā)生交叉污染，同時還允許載流子的傳遞，以保證電荷平衡和完成電流回路，這對于電池的庫侖效率和電壓效率起到了關(guān)鍵作用。離子傳導膜的選擇性越高，庫侖效率越高；其傳導率越高，電壓效率越高。

其中，聚苯并咪唑膜憑借其優(yōu)異的阻釩性能和化學穩(wěn)定性有望應用于全釩液流電池，但是其離子傳導率還需要進一步改善。

為了解決此問題，通常對聚苯并咪唑聚合物進行主鏈改性、接枝側(cè)鏈、磺化、引入多孔結(jié)構(gòu)等方式來提高離子傳導率。例如，在聚苯并咪唑主鏈上接枝親水側(cè)鏈或者一些功能基團（磺酸基、氨基、羥基等），可以誘導納米相分離結(jié)構(gòu)的形成，有利于構(gòu)建連續(xù)的離子傳輸通道，從而提高離子傳導率；或者引入微孔結(jié)構(gòu)，利用孔徑排阻效應來阻隔活性物質(zhì)的滲透，同時允許載流子快速傳遞。

然而，前述方法工藝比較復雜繁瑣。其中，多孔膜的制備工藝較為復雜，且很難精確調(diào)控孔徑的大小和分布；另外，化學結(jié)構(gòu)的改性往往涉及到化學反應，不但存在制膜工藝復雜，而且可能降低膜的化學穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的聚苯并咪唑膜離子傳導率低且制備工藝相對復雜的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種制備聚苯并咪唑膜的方法，該方法包括：

（1）在溶劑Ⅰ存在下，將聚苯并咪唑類聚合物與胺類化合物進行第一接觸混合，得到鑄膜液；其中，所述聚苯并咪唑類聚合物中的重復單元與所述胺類化合物的用量摩爾比為1:1-7，所述胺類化合物為胺類添加劑或含雜原子的胺類添加劑衍生物；

（2）將鑄膜液進行澆鑄，得到鑄膜；

（3）將所述鑄膜依次進行第一浸泡處理、第二浸泡處理和第三浸泡處理。

本發(fā)明第二方面提供一種第一方面所述的方法制備得到的聚苯并咪唑膜。

本發(fā)明第三方面提供第二方面所述的聚苯并咪唑膜在液流電池中的應用。

本發(fā)明方法制備得到的聚苯并咪唑膜具有高離子傳導率和良好的化學穩(wěn)定性，將該聚苯并咪唑膜應用于液流電池中，能夠獲得優(yōu)異的充放電性能。

附圖說明

圖1是實施例1-實施例3以及對比例1制備的聚苯并咪唑膜的XRD圖；

圖2是實施例3制備得到的聚苯并咪唑膜斷面的掃描電鏡圖，圖（2a）是實施例3制備得到的聚苯并咪唑膜斷面在4000放大倍數(shù)下的掃描電鏡圖，圖（2b）是實施例3制備得到的聚苯并咪唑膜斷面在30000放大倍數(shù)下的掃描電鏡圖；

圖3是實施例1-實施例3以及對比例1制備的聚苯并咪唑膜組裝的全釩液流電池在120mA/cm²電流密度下的充放電曲線，其中，圖（3a）是實施例1制備的聚苯并咪唑膜組裝的全釩液流電池在120mA/cm²電流密度下的充放電曲線，圖（3b）是實施例2制備的聚苯并咪唑膜組裝的全釩液流電池在120mA/cm²電流密度下的充放電曲線，圖（3c）是實施例3制備的聚苯并咪唑膜組裝的全釩液流電池在120mA/cm²電流密度下的充放電曲線，圖（3d）是對比例1制備的聚苯并咪唑膜組裝的全釩液流電池在120mA/cm²電流密度下的充放電曲線；