[发明专利]一种液流电池用离子传导膜及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种液流电池用离子传导膜及其制备和应用，以氯甲基化或溴甲基化有机高分子树脂为原料制备成离子传导膜基体，或有机高分子树脂与氯甲基化或溴甲基化有机高分子树脂为混合原料制备成离子传导膜基体，先通过亲水性试剂在离子传导膜基体上接枝亲水性基团，亲水性基团为季胺类基团，再通过交联剂在上述膜基体上形成具有交联结构的离子传导膜；其中，基体中有机高分子树脂与氯甲基化或溴甲基化高分子树脂的质量比为0‑1，交联剂为双胺类基团。该类离子传导膜具有制备工艺简单，离子传输性能高、化学和机械稳定性好的特点，因此由以上方法制备的离子传导膜组装的全钒液流电池具有优异的离子传导性能，较高的离子选择性能和良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种液流电池用离子传导膜，特别涉及一种高离子传导性 能的离子传导膜及其在液流电池中的应用。

背景技术

由于能源危机和环境问题的日益严峻，因此需要发展储能技术提高可 再生能源(如风能和太阳能)的高效利用，实现能源使用的清洁化和可持 续化。在众多的储能技术中，液流电池能够满足长时间和大规模能量存储 的要求，且具有转换效率高、系统设计灵活、储电容量高、选址自由、可 深度充放电、安全环保、维护费用低等优点，而备受关注。全钒液流电池 (VFB)具有安全性高，稳定性好，效率高，寿命长(平均寿命在15～20 年)以及成本低的特点，已经成为大规模储能技术推广应用的的首选技术 之一。

隔膜是液流电池的核心组成部件之一，主要是起着阻隔正负电极电解 液，防止短路和传递质子形成回路的作用。液流电池隔膜应具备良好的电 子阻隔性能，良好的化学和机械稳定性、良好的离子传导性和较低的应用 成本。目前在液流电池中使用的隔膜主要是全氟磺酸类离子交换膜，如美 国杜邦公司(DuPont Co.Ltd)开发的Nafion系列膜。Nafion系列膜主要由稳 定的C-F主链和带有-HSO₃离子交换基团的支链构成，使得其在液流电池应 用中具有较好的稳定性和离子传导性能，但是其选择性能较差以及成本高， 严重地制约了其在液流电池中的大规模应用。因此亟待开发具有良好选择 性能、优异化学稳定性和离子传导性以及低成本的液流电池用膜。

本团队多年来致力于多孔离子传导膜的研究开发，通过将有机高分子 树脂利用蒸汽相转化法制备一种海绵状多孔离子传导膜，由于这种方法制 备的膜内部结构为不贯通的海绵状孔，孔与孔之间是相互分割的，因此这 种结构的多孔膜需要引入离子交换基团来实现孔壁之间离子传导，在孔的 内部通过孔径筛分传递离子。这类多孔膜由于引入了离子交换基团导致膜 的稳定性降低，如何开发一种适用于液流电池用具有高稳定性、高离子传 导性、高离子选择性的离子传导膜成为该领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于开发一种具有高稳定性、高离子传导性、高离子选 择性的离子传导膜，并将其应用在液流电池应用中。

为实现上述目的，本发明采取方案如下：

一种液流电池用离子传导膜，以氯甲基化或溴甲基化的高分子树脂中 的一种或二种以上为原料通过蒸汽相转移法或溶剂蒸发沉淀法制备成离子 传导膜基体，通过浸泡接枝反应和浸泡交联反应在离子传导膜内接枝亲水 性基团和形成内交联网状结构，经酸化后，制备出高离子传导性能的离子 传导膜。

所述的氯甲基化或溴甲基化的有机高分子树脂为氯甲基化或溴甲基化 聚砜、氯甲基化或溴甲基化聚酰亚胺和氯甲基化或溴甲基化聚苯乙烯。

所述接枝的亲水性基团为不同链长的脂肪族胺(C_xH_2x+1NH₂，x为2-20 的整数，优选x＝3时为正丙胺，或x＝4时为正丁胺)或不同脂肪链长的N,N- 二甲基脂肪胺[(CH₃)₂NH-(CH₂)_xCH₃，x为2-20的整数，优选x＝5时为N,N 二甲基正己胺，或x＝10时为N,N二甲基正癸胺]中的一种或两种以上。优 选的亲水性试剂可以更好的构建出微相分离结构。