[发明专利]一种液流电池用高性能离子传导膜及其制备和应用

说明书

一种液流电池用高性能离子传导膜及其制备和应用，方法包括以下步骤：将溶有树脂的液相原料，铺设于可制备平面膜的装置，所述溶有树脂的液相原料浸没于含有交联剂的液相体系中，静置成膜I；把所述膜I转置于所述树脂的不良溶剂中，静置，得到包含膜I和膜II的复合膜；将所述膜II剥离后，得到所述离子传导膜。该类膜制备方法简单，工艺环保，化学稳定性良好，离子选择性优异，离子传导率良好，机械强度高。

技术领域

本发明涉及液流电池研究领域，特别涉及一种高性能离子传导膜在液流电池中的应用。

背景技术

随着风能、太阳能等可再生能源和智能电网产业的迅速发展，储能技术得到高度关注，大规模储能技术被认为是实现可再生能源大规模利用的关键技术。液流电池是一种大型电化学储能技术，具有循环寿命长，安全性高、功率和容量相互独立等优势，可以广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电储能，实现可再生能源的大规模应用。其中，全钒液流电池(VFB)储能技术由于安全性高、寿命长、输出功率和储能容量规模大、充放电循环性能好和环境友好等特点，成为大规模高效储能的首选技术之一。

膜是VFB的关键材料之一，起着阻隔正负极电解液中钒离子的交叉共混，同时传递氢离子形成电池回路的作用，其性能直接影响到电池系统的性能。理想的膜应该具有离子选择性高、离子传导率高、化学稳定性高以及成本低的特点。目前，应用最广泛的商业化膜是美国杜邦公司生产的全氟磺酸离子交换膜(Nafion)。然而其离子选择性差和价格昂贵等问题限制了工业化应用。非氟离子交换膜因其成本低、热稳定性和机械稳定性好、离子选择性高等优点成为研究热点。但由于离子交换基团的引入，大幅度降低了膜的化学稳定性。离子传导膜利用孔径筛分机理和电荷排斥效应，实现了对钒离子和质子的选择性分离，突破了传统离子交换膜的限制，摆脱了对离子交换基团的依赖，从根本上解决了由于离子交换基团的引入带来的膜稳定性差的问题。

发明内容

本发明目的在于针对全钒液流电池膜离子选择性差，离子传导率低的问题，提供一种反应诱导相转化法制备复合膜，反应诱导相转化法可以得到由化学交联聚合物链组成的致密分离层和具有疏松多孔结构的非交联支撑层组成的非对称结构的复合膜，采用物理方法将支撑层剥离，可以得到仅包含致密分离层的离子传导膜。该类膜制备方法简单，工艺环保，化学稳定性良好，离子选择性优异，离子传导率良好，机械强度高。

本发明一方面提供一种离子传导膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)将溶有树脂的液相原料，铺设于可制备平面膜的装置，所述溶有树脂的液相原料浸没于含有交联剂的液相体系中，静置成膜I；

所述液相原料和所述液相体系中都包含所述树脂的良溶剂；

步骤(2)把所述膜I转置于所述树脂的不良溶剂中，静置，得到包含膜I和膜II的复合膜；

步骤(3)将所述膜II剥离后，得到所述离子传导膜。

所述剥离一般采用常规的物理方法。

优选地，步骤(1)中，所述液相原料和所述液相体系中包含有机溶剂，所述有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)、二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的至少一种。

优选地，步骤(1)中，所述树脂为聚苯并咪唑类聚合物。

优选所述树脂在液相原料中的浓度为5wt％～60wt％；优选浓度为10wt％～20wt％。

优选地，步骤(1)中，所述液相体系中，有机溶剂与交联剂的比例以摩尔比计，为100:(1～100)。

优选地，步骤(1)中，所述交联剂为含酰氯官能团的芳香有机物中的至少一种。

优选含酰氯官能团的芳香有机物为苯甲酰氯、邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、1,3,5-苯三甲酰氯、苯乙酰氯、苯丙酰氯中的至少一种。