[发明专利]一种液流电池用离子传导膜及其制备和应用

权利要求书

1.一种液流电池用离子传导膜，其特征在于：离子传导膜由皮层和大孔支撑层叠合组成，皮层厚度为10nm～500nm，皮层孔径为0.5-10nm，膜孔隙率为50~80%，膜厚度为30-120 μm；所述的离子传导膜采用配位相转化法制备而成，即以含有金属配位官能团的有机高分子树脂中的一种或二种以上为原料，溶于有机溶剂中形成溶液，将溶液倾倒于平板上，在-20～100 ℃温度下，将表面带有溶液的平板整体浸没在过渡金属盐的有机溶液中5s～10min后取出，然后将其浸没于树脂的不良溶剂中制备而成，在液流电池应用前将膜浸泡于0.1~3mol L^-1 的硫酸溶液中；所述有机溶剂为二甲基亚砜（DMSO）、N,N’-二甲基乙酰胺（DMAC）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）的一种或二种以上；树脂的不良溶剂为水、甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或二种以上。

2.根据权利要求1所述的膜，其特征在于：所述金属配位官能团为-NH₂、-COOH、氮杂环中的一种或二种以上，过渡金属为铁、钴、镍、铜、锌、钯或银中的一种或二种以上，过渡金属盐阴离子为氯离子、醋酸根离子或硝酸根离子中的一种或二种以上。

3.根据权利要求1所述的膜，其特征在于：所述的含有金属配位官能团的有机高分子树脂为氨甲基化聚砜、芳羧酸功能化的聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯并咪唑中的一种或二种以上。

4.一种如权利要求1-3任一所述的膜的制备方法，其特征在于：所述的离子传导膜采用如下过程制备：

（1）将含有金属配位官能团的有机高分子树脂中的一种或二种以上溶解在有机溶剂中，在温度为10～80 ℃下搅拌2～48 h制成溶液；其中有机高分子树脂浓度为5～60 wt%；

（2）将过渡金属盐中的一种或二种以上溶解在步骤（1）的有机溶剂中形成均相的溶液，其中溶液的浓度为0.1 mmol L^-1~100 mmol L^-1；

（3）将步骤（1）制备的共混溶液倾倒于平板上，挥发溶剂0～60 min，在-20～100 ℃温度下浸没于步骤（2）制备的过渡金属盐溶液中5 s～10 min，然后转移至树脂的不良溶剂中固化成离子传导膜；膜由皮层和大孔支撑层叠合组成，皮层厚度为10 nm～500 nm，皮层孔径为0.5-10nm,膜孔隙率为50~80%,膜厚度为30-120μm；

（4）使用前浸泡于0.1~3 mol L^-1 的硫酸溶液中。

5.根据权利要求4所述的膜的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为二甲基亚砜（DMSO）、N,N’-二甲基乙酰胺（DMAC）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）的一种或二种以上；树脂的不良溶剂为水、甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或二种以上。

6.根据权利要求4所述的膜的制备方法，其特征在于：其中有机高分子树脂浓度为10～20 wt%；其中溶液的浓度为1～20 mmol L^-1。

7.一种如权利要求1所述的离子传导膜的应用，其特征在于：所述离子传导膜用于液流电池中，所述液流电池包括全钒液流电池、锌/溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、铁/铬液流电池、钒/溴液流电池或锌/铈液流电池。