聚合物电解质膜、电化学电池和液流电池、聚合物电解质膜的制备方法以及液流电池电解液技术

本说明书涉及一种聚合物电解质膜、包括该聚合物电解质膜的电化学电池、包括该电化学电池的电化学电池模块、包括所述聚合物电解质膜的液流电池、聚合物电解质膜的制备方法和液流电池电解液。

Polymer electrolyte membrane, electrochemical cell and liquid flow cell, method for producing polymer electrolyte membrane, and electrolyte for flow cell

This specification relates to a polymer electrolyte membrane, including the polymer electrolyte membrane electrochemical cell, including the electrochemical cell electrochemical battery module, comprising a polymer electrolyte membrane flow battery, polymer electrolyte membrane preparation method and liquid flow battery electrolyte.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合物电解质膜、电化学电池和液流电池、聚合物电解质膜的制备方法以及液流电池电解液
本专利技术要求于2015年04月08日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2015-0049570的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用并入本说明书中。本申请涉及一种聚合物电解质膜、包括该聚合物电解质膜的电化学电池、包括该电化学电池的电化学电池模块、包括所述聚合物电解质膜的液流电池、聚合物电解质膜的制备方法和用于液流电池的电解液。
技术介绍
电力储存技术对于电力的有效利用、供电系统的性能或可靠性的改善、以及能源的整体有效利用如随时间具有较大变化幅度的新型可再生能源的扩大引进和移动体的能源再生来说是重要的技术，电力储存技术的发展可能性和其对社会贡献的需求逐渐增加。为了调整半自主区域中供电系统如微电网的供需平衡，适当地分配新型可再生能源(如风力或太阳能发电)的发展的不均匀输出，以及控制由于现有电力系统的差异而产生的电压和频率变化的影响等，已经积极地对二次电池进行研究，并且在这些领域中使用二次电池的预期已经提高。参照用于储存高容量电力的二次电池所需的特性，二次电池需要具有较高的储能密度，作为最适合于这些特性的具有较高的容量和较高的效率的二次电池，液流电池已经备受关注。液流电池被配置成使得正极和负极的电极分别设置在隔膜的两侧。液流电池包括：分别设置在电极外部的用于传导的双极板；容纳电解液的正极槽和负极槽；电解液流入的入口；以及电解液再排出的出口。
技术实现思路
技术问题本申请旨在提供一种聚合物电解质膜、包括该聚合物电解质膜的电化学电池、包括该电化学电池的电化学电池模块、包括所述聚合物电解质膜的液流电池、聚合物电解质膜的制备方法和用于液流电池的电解液。技术方案本申请提供一种聚合物电解质膜，其包含设置在其中的防交叉层，其中，所述防交叉层的厚度为1μm以上且为100μm以下。另外，本申请提供一种聚合物电解质膜，其包含设置在其中的防交叉层，其中，所述防交叉层设置在距离聚合物电解质膜的表面电解质膜厚度的10％以上且为90％以下的位置处。另外，本申请提供一种电化学电池，包括：第一电极、第二电极和设置在第一电极和第二电极之间的聚合物电解质膜。另外，本申请提供一种包括电化学电池作为单位电池的电化学电池模块。另外，本申请提供一种液流电池，包括：包含第一电极活性物质的第一电解液注入和排出的第一电极；包含第二电极活性物质的第二电解液注入和排出的第二电极；以及设置在第一电极和第二电极之间的聚合物电解质膜。另外，本申请提供一种聚合物电解质膜的制备方法，该制备方法包括：安装电化学电池，该电化学电池包括第一电极、第二电极和设置在第一电极和第二电极之间的聚合物电解质膜；将包含第一电极活性物质的第一电解液注入到第一电极的一侧，将包含第二电极活性物质的第二电解液注入到第二电极的一侧，其中，第一电解液和第二电解液中的至少一个包含金属阳离子；以及通过运行所述电化学电池，使金属阳离子渗透进聚合物电解质膜中，从而制备包含在其中形成的防交叉层的聚合物电解质膜。另外，本申请提供一种聚合物电解质膜的制备方法，该制备方法包括：用包含金属阳离子的溶液浸渍聚合物电解质膜；安装电化学电池，该电化学电池包括第一电极、第二电极和设置在第一电极和第二电极之间的聚合物电解质膜；以及通过运行所述电化学电池制备包含在其中形成的防交叉层的聚合物电解质膜。另外，本申请提供一种用于液流电池的电解液，其包含电极活性物质和阳离子金属盐。有益效果本申请的聚合物电解质膜可以使电极活性物质的交叉最小化，同时保持离子迁移能力。附图说明图1是示出液流电池的常规结构的横截面视图；图2是实施例1和比较例1的充电-放电容量的图；图3是实验例2和比较例1的放电容量的图；图4是实验例2和比较例1的充电容量的图；图5是实验例3的光学显微镜测量图像；图6是实验例4的扫描电镜与能量色散X射线微量分析(SEM/EDS)测量图像；图7是实验例4的EDS线元素分析(linemapping)图像；图8是实施例5和比较例1的充电-放电容量的图；图9是实施例1的X射线衍射测量图。<附图标记>1：壳体10：隔膜21：负极22：正极31：负极入口32：正极入口41：负极出口42：正极出口具体实施方式下文中，将详细描述本说明书。本说明书提供一种包含在其中设置的防交叉层的聚合物电解质膜。由于在聚合物电解质膜内部设置防交叉层，因此不会发生由暴露引起的氧化。对设置在聚合物电解质膜内部的防交叉层进行设置，使得不与应用的电化学电池中的电解液直接接触。具体地，防交叉层可以至少与和电解液接触的聚合物电解质膜的表面间隔开，以便不与电化学电池中的电解液直接接触。防交叉层可以设置在距离聚合物电解质膜的表面聚合物电解质膜厚度的10％以上且90％以下的范围内。在这种情况下，由于防交叉层不与电解液接触，因此具有不发生氧化的优点。防交叉层的厚度可以为1μm以上且为100μm以下。具体地，防交叉层的厚度可以为10μm以上且为50μm以下。在这种情况下，具有可以保持聚合物电解质膜的氢离子选择性交换能力，并且抑制除氢离子以外的离子透过膜的优点。例如，当将所述聚合物电解质膜用于钒液流电池时，具有可以保持聚合物电解质膜的氢离子选择性交换能力，并且选择性地抑制钒离子透过膜的优点。例如，当将所述聚合物电解质膜用于燃料电池时，具有可以保持聚合物电解质膜的离子交换能力，并且选择性地抑制燃料如氢气和氧气透过膜的优点。防交叉层可以设置在距离聚合物电解质膜的表面电解质膜厚度的10％以上且90％以下的位置处，并且其厚度可以为1μm以上且为100μm以下。防交叉层可以与垂直于聚合物电解质膜的厚度方向的表面平行。在这种情况下，防交叉层可以均匀地分布，并且可以控制防交叉层的厚度和位置，并且由于防交叉层平行于电解质膜的活性表面，因此，可以有效地抑制除氢离子以外的其它离子透过膜的现象。防交叉层可以包含阳离子金属。此处，阳离子金属指可以离解成阳离子的金属。上述阳离子金属可以包括周期表中第I族金属、第II族金属、第XI族金属、第XII族金属、第XIII族金属、第XIV族金属、第XV族金属和第XVI族金属中的至少一种。上述阳离子金属可以包括钼(Mo)、锡(Sn)、铅(Pb)、铜(Cu)、汞(Hg)、银(Ag)和钯(Pd)中的至少一种。对上述聚合物电解质膜的材料没有特别地限制，只要该材料可以传递离子即可，可以选择本领域中通常使用的材料。聚合物电解质膜可以包含离子传导聚合物。聚合物电解质膜可以由离子传导聚合物组成，或者可以在多孔体的孔隙中包含离子传导聚合物。对离子传导聚合物没有特别地限制，只要该聚合物是能够交换离子的物质即可，可以使用本领域中通常使用的那些物质。离子传导聚合物可以是烃系聚合物、部分氟系聚合物或氟系聚合物。烃系聚合物可以是不含氟基的烃系磺化聚合物，相反，氟系聚合物可以是被氟基饱和的磺化聚合物，部分氟系聚合物可以是未被氟基饱和的磺化聚合物。离子传导聚合物可以是选自全氟磺酸系聚合物、烃系聚合物、芳香族砜系聚合物、芳香族酮系聚合物、聚苯并咪唑系聚合物、聚苯乙烯系聚合物、聚酯系聚合物、聚酰亚胺系聚合物、聚偏二氟乙烯系聚合物、聚醚砜系聚合物、聚苯硫醚系聚合物、聚苯醚系聚合物、聚磷腈系聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物电解质膜，包括：设置在其中的防交叉层，其中，所述防交叉层的厚度为1μm以上且为100μm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.08 KR 10-2015-00495701.一种聚合物电解质膜，包括：设置在其中的防交叉层，其中，所述防交叉层的厚度为1μm以上且为100μm以下。2.一种聚合物电解质膜，包括：设置在其中的防交叉层，其中，所述防交叉层设置在距离所述聚合物电解质膜的表面聚合物电解质膜厚度的10％以上且90％以下的位置处。3.根据权利要求2所述的聚合物电解质膜，其中，所述防交叉层的厚度为1μm以上且为100μm以下。4.根据权利要求1或2所述的聚合物电解质膜，其中，所述防交叉层与垂直于所述聚合物电解质膜的厚度方向的表面平行。5.根据权利要求1或2所述的聚合物电解质膜，其中，所述防交叉层包含阳离子金属。6.根据权利要求5所述的聚合物电解质膜，其中，所述阳离子金属包括第I族金属、第II族金属、第XI族金属、第XII族金属、第XIII族金属、第XIV族金属、第XV族金属和第XVI族金属中的至少一种。7.根据权利要求5所述的聚合物电解质膜，其中，所述阳离子金属包括钼(Mo)、锡(Sn)、铅(Pb)、铜(Cu)、汞(Hg)、银(Ag)和钯(Pd)中的至少一种。8.一种电化学电池，包括：第一电极；第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的根据权利要求1或2所述的聚合物电解质膜。9.根据权利要求8所述的电化学电池，其中，该电化学电池是燃料电池、金属二次电池或液流电池。10.根据权利要求8所述的电化学电池，其中，所述聚合物电解质膜的防交叉层包含阳离子金属，所述阳离子金属包括标准电极电位在所述第一电极和所述第二电极的标准电极电位中较低的标准电极电位至所述第一电极和所述第二电极的标准电极电位中较高的标准电极电位的范围之内的金属。11.一种电化学电池模块，包括权利要求8所述的电化学电池作为单位电池。12.一种液流电池，包括：包含第一电极活性物质的第一电解液注入和排出的第一电极；包含第二电极活性物质的第二电解液注入和排出的第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的根据权利要求1或2所述的聚合物电解质膜。13.根据权利要求12所述的液流电池，其中，所述聚合物电解质膜的防交叉层包含阳离子金属，所述阳离子金属包括标准电极电位在所述第一电极和所述第二电极的标准电极电位中较低的标准电极电位至所述第一电极和所述第二电极的标准电极电位中较高的标准电极电位的范围之内的金属。14.根据权利要求12所述的液流电池，其中，所述第二电解液和所述第一电解液中的至少一个包含阳离子金属盐。15.根据权利要求14所述的液流电池，其中，所述阳离子金属盐的阳离子金属包括标准电极电位在所述第一电极和所述第二电极的标准电极电位中较低的标准电极电位至所述第一电极和所述第二电极的标准电极电位中较高的标准电极电位的范围之内的金属。16.根据权利要求14所述的液流电池，其中，所述阳离子金属盐包括阳离子金属的硝酸盐、阳离子金属的氯化盐、阳离子金属的硫化盐、阳离子金属的硫酸盐和阳离子金属的碳酸盐中的至少一种。17.根据权利要求14所述的液流电池，其中，所述阳离子金属盐包括钼(Mo)、锡(Sn)、铅(Pb)、铜(Cu)、汞(Hg)、银(Ag)或钯(Pd)的硝酸盐；钼(Mo)、锡(Sn)、铅(Pb)、铜(Cu)、汞(Hg)、银(Ag)或钯(Pd)的氯化盐；钼(Mo)、锡(Sn)、铅(Pb)、铜(Cu)、汞(Hg)、银(Ag)或钯(Pd)的硫化盐；钼(Mo)、锡(Sn)、铅(Pb)、铜(Cu)、汞(Hg)、银(Ag)或钯(Pd)的硫酸盐；以及钼(Mo)、锡(Sn)、铅(Pb)、铜(Cu)、汞(Hg)、银(Ag)或钯(Pd)的碳酸盐中的至少一种。18.根据权利要求14所述的液流电池，其中，当所述第二电解液包含阳离子金属盐时，所述第二电解液中的阳离子金属盐的摩尔浓度为0.001M以上且为0.1M以下。19.根据权利要求14所述的液流电池，其中，当所述第一电解液包含阳离子金属盐时，所述第一电解液中的阳离子金属盐的摩尔浓度为0.001M以上且为0.1M以下。20.根据权利要求12所述的液流电池，其中，所述第一电极和所述第二电极各自包括碳毡或者表面上包含阳离子无机盐的碳毡。21.根据权利要求20所述的液流...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政倍，鲁台根，郑奉铉，闵根基，文植园，边修真，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR