[发明专利]一种液流电池用超高机械强度超薄膜及其制备和应用

说明书

一种液流电池用超高机械强度超薄膜及其制备和应用，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；所述液相原料包含树脂的良溶剂；所述液相体系包含所述树脂的不良溶剂A；把所述膜I转置于所述树脂的不良溶剂A或不良溶剂B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。该类膜具有超高的机械强度，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。超薄膜有利于降低膜的内阻，有望保持膜的高离子选择性的同时进一步提高膜的离子传导率。

技术领域

本发明涉及液流电池的研究领域，特别涉及一种超高机械强度超薄膜在液流电池中的应用。

背景技术

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选择性差，传导率低的问题，提供一种扩散-反应诱导相转化法制备超薄膜，采用扩散-反应诱导相转化法高分子聚合物和交联剂之间发生交联反应，通过共价键连接，使膜具有良好的化学稳定性和超高机械强度。该类膜制备方法简单，工艺环保，离子选择性优异，离子传导率良好。超薄膜有利于降低膜的内阻，有望保持膜的高离子选择性的同时进一步提高膜的离子传导率。

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；

所述液相原料包含树脂的良溶剂；

所述液相体系包含所述树脂的不良溶剂A；

步骤(2)把所述膜I转置于所述树脂的不良溶剂A或不良溶剂B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，所述不良溶剂A为正己烷、正庚烷、正辛烷、正戊烷、环己烷中的至少一种；

所述不良溶剂B为水、乙醇、异丙醇或丙酮中的至少一种。

优选地，步骤(1)中，所述交联剂与所述树脂的质量比≥0.01；

所述液相体系中，不良溶剂A与交联剂的比例，为(0.001～20):100g/ml。

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。