一种离子交换膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种离子交换膜的制备方法，具体包括1.成膜溶液制备；2.隔膜成型；3.改性处理；步骤3包括：1).配制改性溶液：改性溶液为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液或者两者的混合；2)将步骤2成型的隔膜浸润在改性溶液中，浸润时间为30～90分钟；3).将浸润后的隔膜置于恒温干燥箱中进行干燥；4).将干燥后的隔膜取出冷却至室温，得到最终的离子交换膜。本发明专利技术所提供的离子交换膜的制备方法，制备工艺简单、容易实现，安全性好、成本低廉，适用于批量生产。利用该方法制得的离子交换膜其机械性能有很大改善，装配后电池的库仑效率和能量效率可提高约3％，电池性能稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种离子交换膜的制备方法
本专利技术涉及一种离子交换膜的制备方法，属于高分子材料领域。
技术介绍
电能难以储存而又不可缺少，任何时刻它的生产都要满足用电需求，因此人们一直在寻找既经济又可行的储能技术，来解决供求之间的矛盾，使得电能的生产与需求脱钩。另外电能存储在电能管理、电网辅助服务、电压控制、再生能源利用、大型不间断电源等方面有着重要作用，若与大型火力发电联合，可降低电站峰值容量、降低发电成本以及减小污染。若与风力、潮汐能等可再生能源发电联合，可实现电能的连续平稳供给，满足用户需求。由于液流电池具有功率与容量分离的特点，易于设计，操作方便，已经逐渐成为最有前途的大中型规模电力存储的首选之一。其中，液流电池备受青睐。目前液流电池电堆多采用压滤机结构，主要由双极板、正负电极、电极框、离子交换膜(也称隔膜)、端板、密封材料和紧固件构成。其中，两个双极板之间设有电极框，电极框为中空结构，内部分别设有正负电极，正负电极之间设有隔膜。液流电池中所用的正极电解液和负极电解液分别存储于正、负极电解液储罐中。离子交换膜对液流电池非常重要，是液流电池系统最重要的部件之一，是决定整个液流电池性能好坏的关键。它在分离正负极电解液的同时，还允许电荷载体自由通过以保证正负两极的电荷平衡。现有的离子交换膜仍存在稳定性不高，溶胀度大，生产成本高昂，工艺复杂，机械性能差等缺点。目前的做法有：利用处理溶液或电解液，将离子交换膜装配在电堆中之前进行前期处理，以保证其在装配并通入电解液后体积不会发生变化，防止由于其形态变化破坏电堆的密封性。仍存在以下问题：离子交换膜的处理时间长，处理溶液毒性较强、安全性差，处理溶液价格较贵、增加了成本；装配处理后离子交换膜的电池性能较低，严重制约了液流电池的发展。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种离子交换膜的制备方法，利用该方法制得的离子交换膜其机械性能有很大改善，装配后电池的库仑效率和能量效率可提高约3％，同时可以大幅降低膜的生产成本。一种离子交换膜的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1：成膜溶液制备；步骤2：隔膜成型；步骤3：改性处理：1).配制改性溶液：改性溶液为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液或者两者的混合，其中硫酸钠的质量百分数为1～8％，硫酸钾的质量百分数为1～5％；2)将步骤2得到的隔膜浸润在改性溶液中，浸润时间为30～90分钟；3).将浸润后的隔膜置于恒温干燥箱中进行干燥，干燥温度控制在80～120℃，干燥时间为60～120分钟；4).将干燥后的隔膜取出冷却至室温，得到最终的离子交换膜。进一步地，所述步骤1为：使用N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂，全氟磺酸树脂或磺化聚醚醚酮作为溶质制备成膜溶液，其中全氟磺酸树脂的质量百分数为1％～20％，磺化聚醚醚酮的质量百分数为1％～20％；所述的全氟磺酸树脂的质量百分数进一步优选为10％；所述的磺化聚醚醚酮的质量百分数进一步优选为12％。进一步地，步骤2中所述的隔膜成型为：利用流延法将步骤1得到的溶液流延成膜。进一步地，步骤1)中所述改性溶液为硫酸钠溶液，质量百分数为4～6％，进一步优选为5％。进一步地，步骤1)中所述改性溶液为硫酸钾溶液，质量百分数为3％。进一步地，步骤1)中所述改性溶液为硫酸钠与硫酸钾的混合溶液，硫酸钠的质量百分数为3％，硫酸钾的质量百分数为2％。进一步地，步骤2)中所述的浸润时间为60～90分钟，进一步优选为60或90分钟。进一步地，步骤3)中所述的干燥温度控制在80～100℃，进一步优选为80或100℃；所述的干燥时间为60～90分钟；进一步优选为60或90分钟。本专利技术的离子交换膜的制备方法，其前两个步骤，还可以是其他类型离子交换膜的常规成膜步骤，如磺化聚偏氟乙烯类离子交换膜、磺化聚砜类离子交换膜、磺化聚醚砜类离子交换膜、磺化聚苯醚类离子交换膜、磺化聚苯并咪唑类离子交换膜、磺化聚酰亚胺类离子交换膜等。所谓流延法就是将一定粘度的聚合物溶液均匀涂在平整的支撑材料上，然后使其干燥成膜的工艺。流廷法的优点在于:(1)工艺范围广泛；(2)膜性能的各向同性；(3)容易实现膜的量产；(4)可以复合多种物质制成特定功能的复合材料。因此，利用流廷法可在较广泛的工艺范围内制备各向同性的离子交换膜。本专利技术的有益效果为：本专利技术所提供的离子交换膜的制备方法，制备工艺简单、容易实现，安全性好、成本低廉，适用于批量生产。利用该方法制得的离子交换膜其机械性能有很大改善，装配后电池的库仑效率和能量效率可提高约3％，电池性能稳定性好。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1一种离子交换膜的制备方法，包括：1.成膜溶液制备：将全氟磺酸树脂溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，全氟磺酸树脂的质量百分数为10％；2.隔膜成型：利用流延法将全氟磺酸树脂溶液流延成膜，膜厚度为50μm；3.改性处理：包括以下步骤：1)配制改性溶液：配制质量百分数为1％的硫酸钠溶液；2)将隔膜浸润在改性溶液中，浸润时间为60分钟；3)浸润后的隔膜置于恒温干燥箱中进行干燥，干燥温度控制在80℃，干燥时间为60分钟；4)干燥后的隔膜取出冷却至室温，得到最终的离子交换膜。对比例1一种离子交换膜的制备方法，包括：1.成膜溶液制备：将全氟磺酸树脂溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，树脂的质量百分数为10％；2.隔膜成型：利用流延法将全氟磺酸树脂溶液流延成膜，膜厚度为50μm。对比例2一种离子交换膜的制备方法，包括：1.成膜溶液制备：将磺化聚醚醚酮树脂溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，树脂的质量百分数为12％；2.隔膜成型：利用流延法将磺化聚醚醚酮树脂溶液流延成膜，膜厚度为50μm。实施例2—48，制备方法基本步骤与实施例相同，仅有以下制备参数与实施例1不同。详见下表：从表中可以看出，利用本专利的方法制备的离子交换膜，装配后电池的库仑效率和能量效率均提高了3％左右。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：成膜溶液制备；步骤2：隔膜成型；其特征在于，还进行步骤3：改性处理：1).配制改性溶液：改性溶液为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液或者两者的混合，其中硫酸钠的质量百分数为1～8％，硫酸钾的质量百分数为1～5％；2)将步骤2得到的隔膜浸润在改性溶液中，浸润时间为30～90分钟；3).将浸润后的隔膜置于恒温干燥箱中进行干燥，干燥温度控制在80～120℃，干燥时间为60～120分钟；4).将干燥后的隔膜取出冷却至室温，得到最终的离子交换膜。

【技术特征摘要】
1.一种离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：成膜溶液制备；步骤2：隔膜成型；其特征在于，还进行步骤3：改性处理：1).配制改性溶液：改性溶液为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液或者两者的混合，其中硫酸钠的质量百分数为1～8％，硫酸钾的质量百分数为1～5％；2)将步骤2得到的隔膜浸润在改性溶液中，浸润时间为30～90分钟；3).将浸润后的隔膜置于恒温干燥箱中进行干燥，干燥温度控制在80～120℃，干燥时间为60～120分钟；4).将干燥后的隔膜取出冷却至室温，得到最终的离子交换膜。2.如权利要求1所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1为：使用N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂，全氟磺酸树脂或磺化聚醚醚酮作为溶质制备成膜溶液，其中全氟磺酸树脂的质量百分数为1％～20％，磺化聚醚醚酮的质量百分数为1％～20％。3.如权利要求2所述的离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的全氟磺酸树脂的质量百分数为10％；所述的磺化聚醚醚酮的质量百分数为12％。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹤英，张华民，邹毅，张涛，高新亮，张志英，
申请(专利权)人：大连融科储能技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21