[發(fā)明專利]一種基于微孔骨架共混膜制備方法和用途

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210241297.5
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114597463A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐至;黃康;夏宇;侯清銘
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 韓正玉;徐冬濤

本發(fā)明提公開了一種基于微孔骨架共混膜制備方法和用途。所述骨架聚合物為氰基PIM(PIM?1)、肟基PIM(AO?PIM?1)、羧基PIM(cPIM?1)、磺酸基PIM(sPIM?1)中的一種，基膜采用高質(zhì)子傳導(dǎo)率的非氟化聚合物中。本發(fā)明首次提供一種制備過程簡單，支撐骨架強勁的共混膜策略，有效提高離子傳導(dǎo)膜的機械穩(wěn)定性。一方面，基膜提供了大量的離子傳輸通道；另一方面，螺旋骨架聚合物束縛了鏈條的移動從而提高了膜的穩(wěn)定性。通過這種混合對提高隔膜使用強度提供了一種嶄新的策略。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于微孔骨架共混膜制備方法和用途，屬于釩氧化還原液流電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

釩氧化還原液流電池(VRFB)，作為一種大型儲能技術(shù)，因其具有環(huán)境友好，效率高，功率和容量可調(diào)節(jié)，循環(huán)壽命長，維護(hù)成本低等特點，已被證明能有效地利用具有間歇特性的可再生能源的，質(zhì)子交換膜(PEM)不僅起到分隔正負(fù)極電解液的作用，還為質(zhì)子傳輸提供了通道，是VRFB系統(tǒng)中總重要的組成部分之一，其性能會極大地影響電池系統(tǒng)的性能。目前最常用的全服磺酸基隔膜具有優(yōu)良的質(zhì)子傳導(dǎo)性和出色的穩(wěn)定性，但其較高的釩離子滲透性、較低的機械強度以及高昂的制造成本嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。因此，有必要開發(fā)新一代的用于VRFB的高性能PEM。

添加骨架聚合物是能夠增強PEM穩(wěn)定能力的有效方法之一。選用有機聚合骨架材料能夠很好的避免無機填料帶來的界面相容性問題，同時，此方法能夠根據(jù)實際需求對選取的材料進(jìn)行進(jìn)一步的修飾以便更好的應(yīng)用。目前為止，PTFE、ePTFE和PBI等材料用于制備高性能PEM，但這種增強骨架材料大多是疏水材料，在阻礙釩離子滲透的同時會大大的犧牲材料的質(zhì)子傳導(dǎo)率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對上述存在的技術(shù)問題提供一種用于全釩液流電池的共混膜、制備方法和用途。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)

一種基于微孔骨架共混膜，其特征在于，該共混膜以磺化非氟材料為基膜，在其中混入剛性螺旋骨架聚合物作為支撐材料，所述的支撐材料是由親水性固有微孔聚合物組成。

本發(fā)明技術(shù)方案中，基膜選用磺化聚醚醚酮、磺化聚酰亞胺、磺化聚苯并咪唑、磺化聚醚砜中的一種或多種組成。

本發(fā)明技術(shù)方案中，親水性固有微孔聚合物為氰基PIM(PIM-1)、肟基PIM(AO-PIM-1)、羧基PIM(cPIM-1)、磺酸基PIM(sPIM-1)中的一種或多種組成；

優(yōu)選：所述的PIM-1的合成方法為是將5,5',6,6'-四羥基-3,3,3',3'-四甲基-1,1'-螺旋聯(lián)吲哚、四氟對苯二腈與溶劑混合均勻，將混合物在50～500℃下加熱3～8小時，反應(yīng)過程中添加碳酸鉀，反應(yīng)結(jié)束后洗滌，重結(jié)晶和干燥，即可獲得PIM-1粉末；

優(yōu)選：cPIM-1的合成：將PIM-1與溶劑混合，之后加入氫氧化鈉后進(jìn)行攪拌，將混合物在110～130℃下加熱5～9d，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，洗滌和酸活化處理，干燥后即可獲得cPIM-1粉末；

優(yōu)選：sPIM-1的合成：將cPIM-1加入到濃硫酸中，，混合攪拌后倒入純凈水中洗滌至中性，之后在干燥獲得sPIM-1；

優(yōu)選：AO-PIM-1的合成：稱PIM-1粉末與四氫呋喃混勻后60～70℃反應(yīng)18～22h，反應(yīng)期間氮氣保護(hù)裝置常開并滴加羥胺，反應(yīng)結(jié)束后過濾、干燥，即可獲得AO-PIM-1粉末。

本發(fā)明技術(shù)方案中，親水性固有微孔聚合物在共混膜中的重量比是0.1-50％，優(yōu)選1-30％。

本發(fā)明技術(shù)方案中，共混膜的厚度10-100μm。