[发明专利]一种SPEEK/PVP/HEC质子交换膜及制备方法

说明书

本发明提供了一种SPEEK/PVP/HEC质子交换膜及制备方法。该方法通过将以水为溶剂的HEC/PVP混合溶液与以N,N‑二甲基甲酰胺为溶剂的SPEEK溶液，在乳化剂存在下制成复合乳液，然后将复合乳液涂覆在基板表面，喷涂破乳剂溶液并静置破乳，再在稀酸溶液中浸泡质子化，制得SPEEK/PVP/HEC质子交换膜。本发明制备的质子交换膜用于钒电池时，可降低钒离子的透过率，提高电流效率，且制备方法简单，成本较低。

技术领域

本发明属于钒电池质子交换膜的技术领域，提供了一种SPEEK/PVP/HEC质子交换膜及制备方法。

背景技术

钒电池全称为全钒氧化还原液流电池，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。作为当前储能的首选技术之一，全钒液流电池储能系统安全性高，在常温常压下运行时，电池系统产生的热量能够通过电解质溶液有效排出，再通过热交换排至系统之外；而且电解质溶液为不燃烧、不爆炸的水溶液，系统运行安全性高。

钒电池具有特殊的电池结构，可深度大电流密度放电，充电迅速，比能量高，价格低廉，应用领域十分广阔，如可作为大厦、机场、程控交换站备用电源；可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装置；为潜艇、远洋轮船提供电力以及用于电网调峰等，因而对钒电池的研究越来越多。

钒电池的关键部件包括电解液、电极、质子交换膜等，其中，质子交换膜是钒电池的关键材料，其不仅把不同价态的钒离子分隔在质子交换膜两侧，还要保证H⁺在膜中的自由通过，很大程度上决定着钒电池的性能优劣。目前，广泛应用于钒电池的质子交换膜主要为全氟磺酸型质子交换膜，美国杜邦公司的Nafion系列膜使用最多，但由于Nafion系列膜的钒离子透过率高，成本高，性价比低。为此，研究人员希望开发出经济且性能优异的新型质子交换膜。

综上所述，现有的进口Nafion系列质子交换膜具有钒离子透过率高、成本高的缺陷，因此开发一种低成本的、低钒离子透过率的质子交换膜，有着重要的意义。

发明内容

可见，现有的进口Nafion系列质子交换膜具有钒离子透过率高、成本高的缺陷。针对这种情况，本发明提出一种SPEEK/PVP/HEC质子交换膜及制备方法，可降低钒离子的透过率，提高电流效率，且制备方法简单，成本较低。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种SPEEK/PVP/HEC质子交换膜的制备方法，所述质子交换膜制备的具体步骤如下：

（1）将羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮加入氢氧化钠的水溶液中，搅拌至完全溶解，制得HEC/PVP混合溶液；

（2）将磺化聚醚醚酮加入N,N-二甲基甲酰胺中，加热搅拌至完全溶解，再真空脱泡，制得SPEEK溶液；

（3）将步骤（1）制得的HEC/PVP混合溶液、乳化剂缓慢加入步骤（2）制得的SPEEK溶液中，高速搅拌，制得稳定的SPEEK/PVP/HEC复合乳液；

（4）将步骤（3）制得的SPEEK/PVP/HEC复合乳液涂覆在基板表面，然后喷涂破乳剂溶液，静置30~60min后进行真空干燥，取下薄膜置于稀酸溶液中浸泡4~8d，再洗涤、干燥，制得SPEEK/PVP/HEC质子交换膜。

优选的，步骤（1）所述HEC/PVP混合溶液中，羟乙基纤维素2~4重量份、聚乙烯吡咯烷酮4~8重量份、氢氧化钠1~2重量份、水86~93重量份。

优选的，步骤（2）所述SPEEK溶液中，磺化聚醚醚酮5~10重量份、N,N-二甲基甲酰胺90~95重量份。

优选的，步骤（2）所述加热温度为80~90℃，搅拌时间为20~30h，脱泡时间为10~20min。

优选的，步骤（3）所述乳化剂为聚甘油硬脂酸酯、聚甘油油酸酯中的至少一种。