一种全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及全钒氧化还原液流电池(VRB)用膜电极领域，具体为一种全钒液流电池用对“一体化”复合膜制备方法。全钒液流电池的性能由电压效率和电流效率两方面决定，其中欧姆极化导致电池的电压损失，影响其电压效率。采用将电极和隔膜紧密结合制备“一体化”复合膜，有效降低电池的内阻，降低电池的极化损失，提高VFB的性能。本发明专利技术制备的膜电极具有良好的阻钒性能、机械性能以及良好导电性，提高单个VRB电池性能，可应用于全钒氧化还原液流电池领域。

Preparation method of an integrated composite membrane for all vanadium redox flow battery

The invention relates to the field of membrane electrode for all vanadium redox flow battery (VRB), in particular to a preparation method of pair \integrated\ composite film for all vanadium flow battery. The performance of vanadium current battery is determined by voltage efficiency and current efficiency. Ohmic polarization leads to voltage loss and affects voltage efficiency. The \integrated\ composite film was prepared by combining the electrode and the diaphragm closely, which could effectively reduce the internal resistance of the battery, reduce the polarization loss of the battery and improve the performance of VFB. The film electrode prepared by the invention has good vanadium resistance, mechanical properties and good conductivity, improves the performance of a single VRB battery, and can be applied in the field of all vanadium redox flow battery.

【技术实现步骤摘要】
一种全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法
本专利技术涉及全钒氧化还原液流电池(VRB)用膜电极领域，具体为一种全钒液流电池用对“一体化”复合膜制备方法。
技术介绍
开发风能、太阳能等新能源是解决能源资源短缺的重要途径，代表着能源未来发展的方向。但受制于时间和地域依赖性，离网的风能、太阳能发电必须使用储能系统，否则很难全天候利用；而直接并网也必须采用储能系统对电网进行调峰和调频，否则会对电网功率和频率带来较大的冲击。因此，高效、大规模的能量存储技术就成为其发展应用的关键核心。钒电池(钒氧化还原液流电池/Vanadiumredoxflowbattery)是基于VO2+/VO2+与V2+/V3+电对的液流储能电池技术，能量存储于电解液中。与传统的蓄电池相比，钒电池可大电流快速充放电、自放电率低，实现能量的大容量存储，是满足智能电网以及风能、太阳能发电对大规模储能需求的理想储能形式，我国丰富的钒资源优势也为发展钒电池储能技术提供了条件。VFB电堆的能量效率(EE)由电压效率(VE)和电流效率(CE)两方面决定(EE＝VE×CE)，电池的性能受其电压损失的影响很大，电压损失又受欧姆极化影响。因此，减小欧姆损失对提高电池性能很重要。电极材料是VFB的关键材料之一，它不发生电化学反应，但作为电极反应的载体为活性物质传输电子。因石墨毡(GF)比表面积大，可实现较高电流的充放电循环，成为目前VFB的主要电极材料。隔膜(质子交换膜)是钒电池的关键材料与重要组件之一，既是电解质离子传输的通道，又起到分隔正负极、防止电池短路的作用。因此，隔膜在很大程度上决定着钒电池的库仑效率、能量效率以及循环寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种全钒液流电池用“一体化”复合膜制方法，改变工艺参数，制备具有不同结构复合膜。在保证隔膜高离子选择透过性、好导电性同时，电极具有高的电化学活性，提高电池性能，可适用于全钒氧化还原液流电池(VRB)。本专利技术的技术方案：一种全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：(1)将全氟磺酸树脂溶于高沸点有机溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成质量百分数为3～25％的全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为170℃～260℃；(2)将步骤(1)中所得的全氟磺酸树脂溶液超声处理，除去气泡和杂质；(3)采用溶液浇铸法，将步骤(2)的全氟磺酸树脂溶液浇铸在玻璃板上，在60～140℃不同温度、0.5～3h不同时间溶剂挥发成膜；(4)当溶剂没有完全干燥时，将粘结剂或带有催化剂的粘结剂采用喷射或流延的方式复合到膜表面；(5)将电极与步骤(4)的表面带有粘结剂的隔膜采用热压或加热的方式紧密结合。所述的全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法，步骤(1)中，高沸点有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或二氯甲烷。所述的全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法，步骤(2)中，全氟磺酸树脂溶液超声时间为0.5～4小时。所述的全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法，步骤(4)中，催化剂为硝酸铋、氯化铋或磷酸钨，催化剂的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、硫酸或丙酮，催化剂溶液的浓度为0.5～5％；带有催化剂的粘结剂中，催化剂与粘结剂的质量比例为1:10～30。所述的全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法，步骤(4)中，粘结剂为全氟磺酸树脂溶液，质量分数为3％～15％。所述的全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法，步骤(3)或步骤(5)中，制膜烘干温度为80～140℃，时间为1～4h。本专利技术的优点及有益效果如下：1、本专利技术将隔膜与电极进行科学合理的设计组合，构建一体化膜电极，促进隔膜与电极之间的紧密结合，降低电池内阻，进而提高电池效率，为钒电池电极、隔膜的应用提供新的思路，对提高钒电池性能、降低储能系统成本有着非常重要的意义。2、全钒液流电池的性能由电压效率和电流效率两方面决定，其中欧姆极化导致电池的电压损失，影响其电压效率。采用将电极和隔膜紧密结合制备“一体化”复合膜，有效降低电池的内阻，降低电池的极化损失，提高VFB的性能。3、本专利技术制备的膜电极具有良好的阻钒性能、机械性能以及良好导电性，提高单个VRB电池性能，可应用于全钒氧化还原液流电池领域。具体实施方式下面，通过实施例对本专利技术的技术方案作进一步的具体说明。实施例1本实施例中，全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法，具体步骤如下：1、将3g全氟磺酸树脂溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在高压反应釜中加热溶解，配成质量百分数为5％的全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为220℃。2、将步骤1中所得的溶液超声处理1h，除去气泡和杂质。3、采用溶液浇铸法，将步骤2的全氟磺酸树脂溶液50mL浇铸在玻璃板上，在140℃温度下干燥2h挥发成膜，全氟磺酸树脂膜的厚度为40μm。4、将质量分数为3％的全氟磺酸树脂溶液(Nafion溶液)作为粘结剂，采用流延的方式复合到膜表面；5、将电极与步骤4的表面带有粘结剂的隔膜采用100℃热压的方式紧密结合在一起。本实施例中，获得膜电极中各界面接触良好，无分割现象。实施例2与实施例1不同之处在于：1、步骤4中当溶剂没有完全干燥时，将质量分数为5％的Nafion溶液作为粘结剂采用喷射的方式复合到膜表面；2、其余步骤与实施例1相同。本实施例中，获得膜电极中各界面接触良好，无分割现象。实施例3与实施例1不同之处在于：1、步骤4中当溶剂没有完全干燥时，将质量分数为7％的Nafion溶液和质量浓度为0.15％的磷酸钨乙醇溶液混合，磷酸钨与Nafion的质量比例为1:20，混合溶液作为粘结剂采用流延的方式复合到膜表面；2、其余步骤与实施例1相同。本实施例中，获得膜电极中各界面接触良好，无分割现象。实验结果表明：本专利技术采用流延法、喷射法将电极与隔膜紧密结合在一起。本专利技术制备的一体化复合隔膜具有良好的阻钒性能、导电性能、以及良好电池性能等优点，降低电池内阻，满足钒电池使用要求，可广泛地应用于全钒氧化还原液流电池领域。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤和工艺条件：(1)将全氟磺酸树脂溶于高沸点有机溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成质量百分数为3～25％的全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为170℃～260℃；(2)将步骤(1)中所得的全氟磺酸树脂溶液超声处理，除去气泡和杂质；(3)采用溶液浇铸法，将步骤(2)的全氟磺酸树脂溶液浇铸在玻璃板上，在60～140℃不同温度、0.5～3h不同时间溶剂挥发成膜；(4)当溶剂没有完全干燥时，将粘结剂或带有催化剂的粘结剂采用喷射或流延的方式复合到膜表面；(5)将电极与步骤(4)的表面带有粘结剂的隔膜采用热压或加热的方式紧密结合。

【技术特征摘要】
1.一种全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤和工艺条件：(1)将全氟磺酸树脂溶于高沸点有机溶剂中，在反应釜中加热溶解，配成质量百分数为3～25％的全氟磺酸树脂溶液，加热溶解温度条件为170℃～260℃；(2)将步骤(1)中所得的全氟磺酸树脂溶液超声处理，除去气泡和杂质；(3)采用溶液浇铸法，将步骤(2)的全氟磺酸树脂溶液浇铸在玻璃板上，在60～140℃不同温度、0.5～3h不同时间溶剂挥发成膜；(4)当溶剂没有完全干燥时，将粘结剂或带有催化剂的粘结剂采用喷射或流延的方式复合到膜表面；(5)将电极与步骤(4)的表面带有粘结剂的隔膜采用热压或加热的方式紧密结合。2.按照权利要求1所述的全钒液流电池用一体化复合膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，高沸点有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽娜，肖伟，刘建国，严川伟，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21