一種全釩液流電池隔膜及其制備方法
【專利摘要】一種全釩液流電池隔膜及其制備方法屬于酸堿復(fù)合膜【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于，使用N-甲基吡咯烷酮將酸性物質(zhì)和堿性聚合物進(jìn)行溶解；使用流延法流延成膜，真空干燥后形成全釩液流電池隔膜。本制備方法能夠得到質(zhì)子電導(dǎo)率高且釩離子滲透率低的新型全釩液流電池隔膜，克服現(xiàn)有隔膜價(jià)格昂貴，性能不夠穩(wěn)定等缺點(diǎn)，具有制備過程簡單，易于工業(yè)放大等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】-種全釩液流電池隔膜及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及酸堿復(fù)合膜制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是制造用于全釩液流電池隔膜制備方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源與環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，已成為制約世界各國經(jīng)濟(jì)的瓶 頸，節(jié)約化石能源，大力開發(fā)清潔高效的可再生新能源已成為解決能源問題的出路，但由于 自然條件的限制，新能源隨著晝夜變化其發(fā)電量產(chǎn)生顯著變化，難于保持其穩(wěn)定的電能輸 出，需要和一定規(guī)模的電能儲(chǔ)存裝置配合，才能保證持續(xù)穩(wěn)定的電能供應(yīng)。因此開發(fā)電能轉(zhuǎn) 化率高、儲(chǔ)存容量大、經(jīng)濟(jì)性能好的儲(chǔ)能系統(tǒng)成為發(fā)展可再生能源的關(guān)鍵。
[0003] 全釩液流電池（VRB)就是一種高效、大容量、綠色清潔能源儲(chǔ)能裝置。上世紀(jì)80年 代澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Skyllas-Kazacos和其合作者提出VRB的概念，近幾年，VRB 已經(jīng)在潛艇、高爾夫車、電站調(diào)峰等方面得到了初步的應(yīng)用。隔膜作為VRB中的關(guān)鍵部位之 一，其結(jié)構(gòu)和性能決定電池的效率和使用壽命，一直制約釩電池的發(fā)展。理想的VRB隔膜應(yīng) 具有如下特點(diǎn)：（1)質(zhì)子透過率高，膜的面電阻小；（2)釩離子滲透率低，交叉污染小，降低 電池自放電；（3)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，耐化學(xué)腐蝕、耐氧化，循環(huán)壽命長，價(jià)格低。
[0004] 就目前商品化的電池隔膜來看，還沒有一種離子交換膜能完全滿足上述要求。目 前應(yīng)用最多的是杜邦公司生產(chǎn)的Nafion膜，雖然Nafion膜具有較高的電導(dǎo)率，化學(xué)穩(wěn)定性 好等優(yōu)點(diǎn)，但是其對離子的阻擋性較差，充放電過程自放電嚴(yán)重，價(jià)格昂貴等都限制其在全 釩液流電池中的應(yīng)用。專利（CN102881853A)采用全氟磺酸離子交換樹脂和磺化聚苯并咪 唑共混制備了一種釩液流電池的隔膜，但較高的價(jià)格與釩離子滲透率依然限制了全氟磺酸 膜在釩電池中的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明針對全釩液流電池隔膜的特征，提出一種全新的思路：在酸性物質(zhì)中加入 堿性聚合物制備酸堿復(fù)合膜，有效降低膜的溶脹率。其原理是利用酸堿基團(tuán)間的相互作用 如靜電力和氫鍵，形成離子交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效阻止隔膜的溶脹和釩離子滲透，提高膜的 機(jī)械性能。氫鍵可以促進(jìn)質(zhì)子的傳導(dǎo)，提高電池的效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于提供一種酸堿復(fù)合膜的制備方法，尤其是制備可以用于全釩液流 電池隔膜。
[0007] 本發(fā)明的特征在于：依次含有以下步驟； 步驟（1)，使用N-甲基吡咯烷酮作為溶劑，把酸性物質(zhì)和堿性聚合物進(jìn)行溶解，所述酸 性物質(zhì)在溶液中的濃度用重量百分?jǐn)?shù)表示為59Γ25%，所述堿性聚合物在溶液中的濃度用重 量百分?jǐn)?shù)表示為1%~1〇% ; 步驟（2)，使用流延法把步驟（1)得到的溶液在平滑的玻璃表面流延成薄膜，膜厚在ΚΓ250μm之間，在所述溶劑揮發(fā)后形成薄膜，并可從玻璃表面剝離； 步驟（3)，把步驟（2)得到的薄膜真空加熱12h，制成電池隔膜。
[0008] 所述酸性物質(zhì)至少含有下述所述基團(tuán)的一種或兩種以上：磺酸基，磷酸基，羧酸 基，是由下述酸性物質(zhì)中的一種或兩種以上的混合物組成：

【權(quán)利要求】
1. 一種全釩液流電池隔膜及其制備方法，其特征在于，依次含有以下步驟： 步驟（1)，使用N-甲基吡咯烷酮作為溶劑，把酸性物質(zhì)和堿性聚合物溶解，所述酸性物 質(zhì)在溶液中的濃度用重量百分?jǐn)?shù)表示為59T25%，所述堿性聚合物在溶液中的濃度用重量百 分?jǐn)?shù)表示為1%~1〇% ; 步驟（2)，使用流延法把步驟（1)得到的溶液在平滑的玻璃表面流延成薄膜，膜厚在 KT250 y m之間，在所述溶劑揮發(fā)后形成薄膜，并從玻璃表面剝離； 步驟（3)，把步驟（2)得到的薄膜真空加熱12h，制成電池隔膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種全釩液流電池隔膜及其制備方法，其特征在于，所述 酸性物質(zhì)至少含有下述所述基團(tuán)的一種或兩種以上：磺酸基，磷酸基，羧酸基；所述堿性聚 合物單元至少含有下述所述基團(tuán)的一種或者兩種以上：氨基，羥基，酰胺基，亞酰胺基。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種全釩液流電池隔膜及其制備方法，其特征在于，所述 溶劑是除了所述N-甲基吡咯烷酮外，下述溶劑中的一種或兩種以上的混合物；N，N-二甲基 甲酰胺，二甲基亞砜，N，N二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種全釩液流電池隔膜及其制備方法，其特征在于，所述 的酸性物質(zhì)在溶液中的濃度為59T25%，所述的堿性聚合物在溶液中的濃度為19T10% (重 量百分?jǐn)?shù)）。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種全釩液流電池隔膜及其制備方法，其特征在于，所 述步驟（2)中，使用流延法把步驟（1)得到的溶液在平滑的玻璃表面流延成膜，膜厚在 lOlSOiim之間；干燥后從所述玻璃板表面剝離。
【文檔編號(hào)】H01M2/16GK104425789SQ201310407973
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】王麗華, 丁躍, 劉必前 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所