一种全钒液流电池离子交换膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全钒液流电池离子交换膜及其制备方法。本发明专利技术通过将磺化后的聚醚砜溶于二甲基乙酰胺中得到质量浓度为8～12％的溶液，往该溶液中加入磷钨酸水合物，磷钨酸水合物在该溶液中的质量浓度为7％，加热至90～95℃并机械搅拌2.5～3.5小时，得到混合溶液；将上述混合溶液流延至干净的玻璃板上，加热至溶剂蒸发得到被薄膜均匀覆盖的玻璃板，将均匀覆盖的玻璃板先在80℃下干燥10h、继而升温至100℃干燥10h、冷却至室温后，将薄膜从玻璃板上分离得到全钒液流电池离子交换膜。本发明专利技术全钒液流电池离子交换膜表现出极低的钒离子渗透性和良好的电池性能，具有优良的性能，制造成本低廉，具有良好的商业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种全钒液流电池离子交换膜及其制备方法
本专利技术属于电池
，尤其涉及一种全钒液流电池离子交换膜及其制备方法。
技术介绍
全钒液流电池是一种高效的电化学储能材料，含有活性物质钒离子的电解液是电能存储介质，存储在电池外部储罐中。钒电解质溶液通过循环系统进入电堆，在电极表面发生氧化还原反应。放电时，电池正负极电势差降低，化学能转化为电能；充电时，电池正负极电势差升高，电能转化为化学能，从而实现了电能的存储与释放。然而，钒流电池至今没能大规模商业应用的最大瓶颈，是其中的重要部件一离子交换膜的稳定性、选择透过性及其成本未能达到商业储能电池的要求。因此，开发性能好、成本低的离子交换膜对钒流电池的发展至关重要，也对我国建设资源节约型和环境友好型社会具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全钒液流电池离子交换膜及其制备方法，旨在解决钒流电池离子交换膜选择性的问题。本专利技术是这样实现的，一种全钒液流电池离子交换膜的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将磺化后的聚醚砜溶于二甲基乙酰胺中得到质量浓度为8～12％的溶液，往该溶液中加入磷钨酸水合物，磷钨酸水合物在该溶液中的质量浓度为8％，加热至90～95℃并机械搅拌2.5～3.5小时，得到混合溶液；(2)将上述混合溶液流延至干净的玻璃板上，加热至溶剂蒸发得到被薄膜均匀覆盖的玻璃板，将均匀覆盖的玻璃板先在80℃下干燥10h、继而升温至100℃干燥10h、冷却至室温后，将薄膜从玻璃板上分离。优选地，在步骤(1)中，所述聚醚砜的磺化过程具体为：A、将10克聚醚砜粉末慢慢加入到100ml质量浓度为98％的H2SO4溶液中；B、在室温下，将20ml樟脑磺酸按2～4秒/滴的速度逐滴加入到H2SO4溶液中，滴加结束后将反应溶液倒入冰水中，机械搅拌终止反应；C、将终止反应后的产物用蒸馏水清洗至pH值为7，在80℃下干燥12小时得到磺化后的聚醚砜。优选地，在步骤(1)中，所述溶液中磺化聚醚砜的质量浓度为10％。优选地，在步骤(2)中，所述薄膜从玻璃板上分离的过程为：将玻璃杯浸泡在去离子水中使薄膜分离，将分离后的薄膜冲洗、烘干。相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术全钒液流电池离子交换膜表现出极低的钒离子渗透性和良好的电池性能，钒离子渗透率比Nafion112膜低一级；(2)应用了本专利技术交换膜的钒流电池，其容量损失显著降低，库仑效率(大于98％)，同时具有更高更高的能量效率(85％)，比Nafion112膜(85.7％和79.3％)要高；(3)在自放电测试中，本专利技术交换膜显示在开放电路衰减的持续时间比Nafion112膜长1.5倍；(4)本专利技术交换膜具有优良的性能，并且制造成本低廉，具有良好的商业应用前景。附图说明图1是钒渗透率的测量装置；图2是专利技术全钒液流电池离子交换膜的扫描电镜图；其中，图2a为S1.0T0.0膜；图2b为S0.9T0.1膜；图2c为S0.6T0.4膜；图3是Nafion112、S1.0T0.0和S0.6T0.4膜的钒离子渗透率的比较结果；图4是各膜的离子选择性比较结果；图5是以Nafion112膜和S0.6T0.4膜(37mA·cm-2)为材料所得钒流电池的充放电曲线比较结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1(1)将10克聚醚砜粉末慢慢加入到100ml质量浓度为98％的H2SO4溶液中；在室温下，将20ml樟脑磺酸按2～4秒/滴的速度逐滴加入到H2SO4溶液中，滴加结束后将反应溶液倒入冰水中，机械搅拌终止反应；将终止反应后的产物用蒸馏水清洗至pH值为7，在80℃下干燥12小时得到磺化后的聚醚砜；(2)将磺化后的聚醚砜溶于二甲基乙酰胺中得到质量浓度为12％的溶液，往该溶液中加入磷钨酸水合物，磷钨酸水合物在该溶液中的质量浓度为8％，加热至90～95℃并机械搅拌2.5～3.5小时，得到混合溶液；(3)将上述混合溶液流延至干净的玻璃板上，加热至溶剂蒸发得到被薄膜均匀覆盖的玻璃板，将均匀覆盖的玻璃板先在80℃下干燥10h、继而升温至100℃干燥10h、冷却至室温后，将玻璃杯浸泡在去离子水中使薄膜分离，将分离后的薄膜冲洗、烘干，得到全钒液流电池离子交换膜S0.6T0.4(SxTy中，S代表磺化聚醚砜，T代表磷钨酸，X乘以2即为上述步骤(2)混合溶液中磺化聚醚砜的质量浓度，y乘以2即为上述步骤(2)混合溶液中磷钨酸的质量浓度)。实施例2该实施例与上述实施例1相同，不同之处在于，在步骤(2)中，将磺化后的聚醚砜溶于二甲基乙酰胺中得到质量浓度为8％的溶液，并且最终产物为全钒液流电池离子交换膜S0.4T0.4。对比实施例1该实施例与上述实施例1相同，不同之处在于，在步骤(2)中，不添加磷钨酸水合物，并且最终产物为全钒液流电池离子交换膜S1.0T0.0。对比实施例2该实施例与上述实施例1相同，不同之处在于，在步骤(2)中，将磺化后的聚醚砜溶于二甲基乙酰胺中得到质量浓度为18％的溶液，往该溶液中加入磷钨酸水合物，磷钨酸水合物在该溶液中的质量浓度为2％，并且最终产物为全钒液流电池离子交换膜S0.9T0.1。对比实施例3该实施例与上述实施例1相同，不同之处在于，在步骤(2)中，将磺化后的聚醚砜溶于二甲基乙酰胺中得到质量浓度为16％的溶液，往该溶液中加入磷钨酸水合物，磷钨酸水合物在该溶液中的质量浓度为4％，并且最终产物为全钒液流电池离子交换膜S0.8T0.2。对比实施例4该实施例与上述实施例1相同，不同之处在于，在步骤(2)中，将磺化后的聚醚砜溶于二甲基乙酰胺中得到质量浓度为14％的溶液，往该溶液中加入磷钨酸水合物，磷钨酸水合物在该溶液中的质量浓度为6％，并且最终产物为全钒液流电池离子交换膜S0.7T0.3。对比实施例5该实施例与上述实施例1相同，不同之处在于，在步骤(2)中，将磺化后的聚醚砜溶于二甲基乙酰胺中得到质量浓度为10％的溶液，往该溶液中加入磷钨酸水合物，磷钨酸水合物在该溶液中的质量浓度为10％，并且最终产物为全钒液流电池离子交换膜S0.5T0.5。效果实施例1、对上述实施例中得到的全钒液流电池离子交换膜S1.0T0.0、S0.9T0.1、S0.8T0.2、S0.7T0.3、S0.6T0.4、S0.5T0.5以及现有Nafion112的形貌及电池性能进行测试实验，具体测试方法如下：(1)膜厚度测试：膜厚度是离子交换膜的重要参数之一，取干燥的膜样品2cm×2cm大小的长方形用千分尺分别对膜样品长方形四个角及的四角及中心厚度检测并求平均值，测量误差在±20μm。(2)吸水率的测试：吸水率也是离子交换膜的重要参数之一，由下式可计算膜的吸水率：Ws和Wdry分别为吸水后和干燥的膜的重量。(3)膜的离子交换容量(IEC)测试采用常规的酸碱滴定法进行测定，具体为：将膜浸入1MNaCl溶液中24小时，质子被钠离子交换，酸转化为钠盐，溶液中交换的质子(氢离子)被滴定为0.05mol/L的NaOH滴定。离子交换容量的计算公式为：式中，VNaOH和CNaOH是消耗的NaOH标准溶液的体积和浓度，Wd是干燥后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全钒液流电池离子交换膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将磺化后的聚醚砜溶于二甲基乙酰胺中得到质量浓度为8～12％的溶液，往该溶液中加入磷钨酸水合物，磷钨酸水合物在该溶液中的质量浓度为8％，加热至90～95℃并机械搅拌2.5～3.5小时，得到混合溶液；(2)将上述混合溶液流延至干净的玻璃板上，加热至溶剂蒸发得到被薄膜均匀覆盖的玻璃板，将均匀覆盖的玻璃板先在80℃下干燥10h、继而升温至100℃干燥10h、冷却至室温后，将薄膜从玻璃板上分离。

【技术特征摘要】
1.一种全钒液流电池离子交换膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将磺化后的聚醚砜溶于二甲基乙酰胺中得到质量浓度为8～12％的溶液，往该溶液中加入磷钨酸水合物，磷钨酸水合物在该溶液中的质量浓度为8％，加热至90～95℃并机械搅拌2.5～3.5小时，得到混合溶液；(2)将上述混合溶液流延至干净的玻璃板上，加热至溶剂蒸发得到被薄膜均匀覆盖的玻璃板，将均匀覆盖的玻璃板先在80℃下干燥10h、继而升温至100℃干燥10h、冷却至室温后，将薄膜从玻璃板上分离。2.如权利要求1所述的全钒液流电池离子交换膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述聚醚砜的磺化过程具体为：A、将10...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉梅，年芳，崔彦君，魏晋梅，
申请(专利权)人：甘肃农业大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62