[发明专利]全钒液流电池用磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯复合离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明属于离子交换膜领域，具体涉及一种全钒液流电池用磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯复合离子交换膜及其制备方法。采用溶液浇铸法制备离子交换膜，过程简单安全。可以根据实际需要改变磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯的配比，得到不同性能的复合离子交换膜，可以用于全钒液流电池。所得磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯复合离子交换膜具有较好的机械性能和尺寸稳定性，以及优异的阻钒离子渗透的能力。

技术领域

本发明属于离子交换膜领域，具体涉及一种全钒液流电池用磺化聚醚醚酮/ 聚偏氟乙烯复合离子交换膜及其制备方法。

背景技术

大规模储能技术能很好地解决可再生能源发电的间歇性和波动性等问题，实现平滑功率输出，从而提高电网对可再生能源发电的消纳能力，有效解决弃风、弃光等问题。另外也会对电网调频、调峰发挥重要作用。全钒液流电池是一种有效的能源储存器件，具有结构简单、储能大、寿命长及安全性能高等优点。全钒液流电池主要由电极、电解液和离子交换膜三部分组成。离子交换膜具有分隔氧化还原物质、传输离子形成导电回路的作用，其性能的好坏直接决定着液流电池的性能和寿命。

聚醚醚酮(PEEK)具有良好的化学稳定性和机械强度，耐酸性好，被广泛用于制备分离膜。然而PEEK本身不含有离子导电基团，为了提高其离子导电能力，通常对其进行磺化处理，得到含有磺酸基团的磺化SPEEK。SPEEK膜的独特结构使其具有很多特殊性能，比如机械性能好，制备简单，电导率高等优点，常被用于制备离子交换膜。但纯的SPEEK膜也有一定的缺点，比如离子选择性差，吸水率和溶胀度大等，这些缺点限制了其在全矾液流电池中的进一步应用。

发明内容

针对SPEEK溶胀度大、钒离子渗透率高的缺陷，本发明将聚偏氟乙烯(PVDF) 与SPEEK混合，通过溶液浇铸法制备了SPEEK/PVDF复合膜，与SPEEK膜相比，复合膜的阻钒离子渗透的性能大大提高。

本发明的目的是提供一种性能良好的基于SPEEK/PVDF的新型复合离子交换膜，克服了纯SPEEK膜吸水率高、溶胀度大及钒离子渗透率高的难题。

本发明的又一目的在于提供一种基于SPEEK/PVDF复合离子交换膜的制备方法。包括以下步骤：

(1)称取适量聚醚醚酮(PEEK，分子量～12000)置于250mL的三口烧瓶内，加入过量浓硫酸(H₂SO₄)，氮气氛围中60℃下反应5h。反应结束后将冷却后的反应混合液倒入到去离子水中，将产物沉淀分离，用去离子水多次浸泡冲洗，直至洗涤液呈现中性，产物即为磺化聚醚醚酮(SPEEK)，干燥，备用。

所述SPEEK的化学结构如下：

(2)称取一定量的磺化聚醚醚酮(SPEEK)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP) 中，再称取适量聚偏氟乙烯(PVDF)溶于NMP中，将两份聚合物溶液混合均匀，将其倒入洁净的聚四氟乙烯模具，80℃下真空干燥48h，得到SPEEK/PVDF 复合离子交换膜。

复合膜中SPEEK和PVDF的质量比为9：1～7：3。

本发明方法制备得到的基于SPEEK/PVDF复合离子交换膜可以应用在全钒液流电池领域。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

(1)本发明设计了一系列新型的基于SPEEK/PVDF复合离子交换膜，特别设计发明了一种新型用于全钒液流电池的SPEEK/PVDF复合离子交换膜。

(2)本发明制备过程简单，采用溶液浇铸法，制备过程相对简单安全，两种聚合物相容性好，混合均匀。

(3)本发明方法制备的SPEEK/PVDF复合离子交换膜具有较好的机械性能和尺寸稳定性，以及优异的阻钒离子渗透能力。