[发明专利]一种液流电池用纳米纤维复合膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种液流电池用纳米纤维复合膜，其特征在于，该复合膜包含一种具有良好离子电导率的三维全氟磺酸纳米纤维网络及一种具有良好离子选择性的非全氟聚合物基体，其中：非全氟聚合物基体主要起离子选择作用，而其中内嵌的三维全氟磺酸纳米纤维网络则起离子传导作用；

所述的液流电池用纳米纤维复合膜的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）配制质量百分数为10~30%的全氟磺酸静电纺丝溶液，其中聚环氧乙烷（PEO）的添加量为全氟磺酸质量的0.5~1.5%；

（2）用步骤（1）所得的静电纺丝液进行电纺，制备三维全氟磺酸纳米纤维网络，电纺参数为：电压2~20 kV，推液速度0.1~10 ml/h，接收器距离 1~30 cm，滚轴转速50~500 rpm，室温，湿度小于40%RH；

（3）将步骤（2）所得三维全氟磺酸纳米纤维网络进行热压处理，在25~100℃，1~100 MPa下保持0.1~30 mins；

（4）将步骤（3）所得三维全氟磺酸纳米纤维网络置于烘箱中，进行退火处理，在120~180℃下保温0.5~24 h；

（5）采用浸渍涂覆法，将步骤（4）所得三维全氟磺酸纳米纤维网络浸渍于质量百分数为2%~30%的非全氟聚合物稀溶液中，浸渍时间为0.1~100 mins，取出放入表面皿，获得已涂覆的纳米纤维膜；

（6）采用蒸发溶剂法，将步骤（5）所得已涂覆的纳米纤维膜置于烘箱中加热干燥，固化后即得纳米纤维复合膜；

（7）使用前，将步骤（6）所得纳米纤维复合膜浸泡于硫酸溶液中去除聚环氧乙烷。

2.按照权利要求1所述的液流电池用纳米纤维复合膜，其特征在于，非全氟聚合物基体原料选自下列材料中的一种或两种以上：离子型聚合物或非离子型聚合物，全氟磺酸为Nafion。

3.按照权利要求2所述的液流电池用纳米纤维复合膜，其特征在于，离子型聚合物为磺化聚醚醚酮（SPEEK）、磺化聚酰亚胺（SPI）或磺化聚醚砜（SPES），非离子型聚合物为聚苯并咪唑（PBI）、聚偏氟乙烯（PVDF）或聚丙烯腈（PAN）。

4.按照权利要求1所述的液流电池用纳米纤维复合膜，其特征在于，三维全氟磺酸纳米纤维网络的质量占复合膜总质量的5~95 wt%，非全氟聚合物基体的质量占复合膜总质量的5%~95 wt%。

5.按照权利要求1所述的液流电池用纳米纤维复合膜，其特征在于，步骤（1）中，全氟磺酸静电纺丝溶液所用溶剂是N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、水（H₂O）、异丙醇（IPA）和乙醇（ETOH）中的一种或两种以上。

6. 按照权利要求1所述的液流电池用纳米纤维复合膜，其特征在于，步骤（2）中，所制备的三维全氟磺酸纳米纤维网络直径大小为0.01~10 μm。

7.按照权利要求1所述的液流电池用纳米纤维复合膜，其特征在于，步骤（5）中，非全氟聚合物溶液所用溶剂是N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）中的一种或两种以上。

8.按照权利要求1所述的液流电池用纳米纤维复合膜，其特征在于，步骤（6）中，所得纳米纤维复合膜厚度为1~500 μm。

9.一种权利要求1至4之一所述的液流电池用纳米纤维复合膜的应用，其特征在于，纳米纤维复合膜离子选择性强、质子电导率高，适用于液流电池领域。