离子交换膜、其制造方法以及包括其的能量存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及离子交换膜、其制造方法以及包括其的能量存储装置。该离子交换膜包括：包含多个孔的多孔支撑体；和填充多孔支撑体的孔的离子导体，其中，多孔支撑体包括尺寸为31μm至1000μm的微孔。另外，该离子交换膜具有高的充电/放电循环耐久性、高的离子电导率以及优异的化学稳定性和热稳定性，因此可以在应用于诸如钒氧化还原液流电池的能量存储装置时实现高能量效率。

Ion exchange membrane, manufacturing method thereof and energy storage device thereof

The invention relates to an ion exchange membrane, a manufacturing method thereof and an energy storage device thereof. The ion exchange membrane includes: a porous support including a plurality of pores; and an ion conductor filled with pores of the porous support, wherein the porous support includes pores ranging in size from 31 \u03bc m to 1000 \u03bc M. In addition, the ion exchange membrane has high cycle durability of charge / discharge, high ionic conductivity, excellent chemical stability and thermal stability, so it can achieve high energy efficiency when applied to energy storage devices such as vanadium redox liquid flow batteries.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】离子交换膜、其制造方法以及包括其的能量存储装置
本专利技术涉及一种离子交换膜、制造该离子交换膜的方法以及包括该离子交换膜的能量存储装置，更具体地，涉及一种由于充电/放电循环耐久性高、离子电导率高以及化学稳定性和热稳定性优异而能够在应用于诸如钒氧化还原液流电池的能量存储装置的情况下实现高能量效率的离子交换膜、制造该离子交换膜的方法以及包括该离子交换膜的能量存储装置。
技术介绍
正在努力通过提高使用效率来节省化石燃料或将可再生能源应用于更多领域，从而解决化石燃料枯竭和环境污染的问题。诸如太阳热和风力的可再生能源比以前具有更高的使用效率，但这些能源是间歇性的，并且不可预测。由于这些特征，人们对这些能源的依赖受到限制，并且可再生能源与当前一次电源的比率非常低。由于可再充电电池提供简单且有效的电力存储方法，因此可再充电电池已被小型化以提高其移动性，并且已继续努力将可再充电电池用作诸如间歇性辅助电源、笔记本电脑、平板电脑和移动电话的小型家用电器的电源。在它们当中，氧化还原液流电池(RFB)是能够通过电解质的电化学可逆反应来重复充电和放电而长时间存储能量的二次电池。取决于电池的容量和输出特性的堆叠体和电解质槽彼此独立，使得电池设计自由，并且安装空间的限制较少。另外，氧化还原液流电池具有：安装在发电厂、电力系统和建筑物中以应对电力需求突然增加的负载均衡功能；补偿或者抑制电力故障或瞬时欠压的功能；等。氧化还原液流电池是一种根据需要能够自由组合的非常强大的存储技术，并且是一种适于大规模能量存储的系统。r>氧化还原液流电池通常由两种分离的电解质组成。一种电解质在阳极反应中存储电活性物质，而另一种电解质用于阴极反应。在实际的氧化还原液流电池中，电解质反应在阴极和阳极之间不同，并且存在电解质溶液流动现象，从而在阴极侧和阳极侧之间产生压力差。在作为代表性氧化还原液流电池的全钒基氧化还原液流电池中，阴极电解质和阳极电解质的反应分别在以下反应式1和反应式2中示出。[反应式1][反应式2]因此，为了克服两个电极之间的压力差，并且即使重复充电和放电也表现出优异的电池性能，需要具有改进的物理和化学耐久性的离子交换膜。在氧化还原液流电池中，离子交换膜是约占系统10％的核心材料。因此，在氧化还原液流电池中，离子交换膜是用于确定电池寿命和价格的主要组件。为了使氧化还原液流电池商业化，由于离子交换膜的离子选择渗透性高而需要钒离子的低交叉(crossover)，由于电阻低而需要高的离子电导率，并且除了机械稳定性和化学稳定性以及高耐久性之外还需要低价格。同时，目前作为离子交换膜商业化的聚合物电解质膜已经使用了数十年并且已经被不断研究。近来，作为传输在直接甲醇燃料电池(DMFC)、聚合物电解质膜燃料电池(质子交换膜燃料电池，PEMFC)、氧化还原液流电池、水净化等中使用的离子的介质，对离子交换膜的许多研究已在积极进行。目前，广泛使用的用于离子交换膜的材料是基于(Nafion)TM的膜，该膜是由美国杜邦公司(DuPont)制造的含有全氟磺酸基的聚合物。在饱和水分含量时，该膜在室温下具有0.08S/cm的离子电导率和优异的机械强度及耐化学性，并且作为在汽车燃料电池中使用的电解质膜，具有稳定的性能。此外，作为类似类型的市售膜，有旭化成化学(AsahiChemicals)的Aciplex-S膜、陶氏化学(DowChemicals)的Dow膜、旭硝子玻璃(AsahiGlass)的Flemion膜、戈尔公司(Gore&Associate)的GoreSelcet膜等。在加拿大的巴拉德动力系统(BallardPowerSystem)中，已经开发并研究了α型或β型全氟聚合物。然而，这些膜的缺点在于，不仅由于价格昂贵和合成方法复杂而难以大规模生产，而且在诸如氧化还原液流电池的电能系统中，作为离子交换膜的效率大大降低，例如在高温或低温下的交叉现象和低离子电导率。【现有技术】【专利文献】韩国专利申请No.2014-0044468韩国专利登记No.1522256韩国专利登记No.1440829韩国专利登记No.1214399
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供一种用于能量存储装置的离子交换膜，该离子交换膜由于充电/放电循环耐久性高、离子电导率高以及化学稳定性和热稳定性优异，而能够在应用于诸如钒氧化还原液流电池的能量存储装置的情况下实现高能量效率。本专利技术的另一个目的是提供一种用于制造该离子交换膜的方法。本专利技术的又一个目的是提供一种包括该离子交换膜的能量存储装置。技术方案根据本专利技术的实施例，提供一种离子交换膜，其包括：多孔支撑体，多孔支撑体包括多个孔；以及离子导体，离子导体填充多孔支撑体的孔，其中，多孔支撑体包括尺寸为31μm至1000μm的微孔。多孔支撑体可以包括相对于孔的总体积占1vol％至20vol％的尺寸为31μm至1000μm的微孔。多孔支撑体的孔隙率可以为45％以上。多孔支撑体的厚度可以为1μm至200μm。相对于离子交换膜的总重量，离子导体的含量可以占30wt％至70wt％。离子交换膜还可以包括位于多孔支撑体的一个表面或两个表面上的离子导体层，其中，一个表面上的离子导体层的厚度可以为1μm至30μm。相对于离子交换膜的总厚度，一个表面上的离子导体层的厚度可以为1长度％至50长度％。多孔支撑体可以由随机取向的多根纤维形成。根据本专利技术的另一个实施例，提供一种制造离子交换膜的方法，其包括：制备包括多个孔的多孔支撑体；以及在多孔支撑体的孔中填充离子导体，其中，多孔支撑体包括尺寸为31μm至1000μm的微孔。多孔支撑体的制备可以通过选自由梳理、扯松(garnetting)、气流成网(air-laying)、湿法成网、熔喷、纺粘和缝编(stitchbonding)组成的组中的任意一种方法进行。在多孔支撑体的孔中填充离子导体可以包括通过涂覆来制备片状的离子导体，以及将片状的离子导体熔融浸渍到多孔支撑体的孔中。熔融浸渍可以在150℃至240℃下于1MPa至20MPa的压力下进行。根据本专利技术的又一个实施例，提供了一种包含离子交换膜的能量存储装置。能量存储装置可以是燃料电池。能量存储装置可以是氧化还原液流电池。有益效果据本专利技术的离子交换膜，由于充电/放电循环耐久性高、离子电导率高以及化学稳定性和热稳定性优异，而能够在应用于诸如钒氧化还原液流电池的能量存储装置的情况下实现高能量效率。特别地，离子交换膜是增强复合膜型离子交换膜，其中离子导体填充在具有微孔的多孔支撑体的孔中，并且通过使用具有微孔的多孔支撑体，即使包含较少含量的离子导体或者以较小的厚度形成离子导体层，也可以产生足够的效率，并且通过减小整个离子交换膜的厚度来降低电阻，可以提高总效率。此外，当使用具有微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子交换膜，包括：/n多孔支撑体，所述多孔支撑体包括多个孔；以及/n离子导体，所述离子导体填充所述多孔支撑体的所述孔，/n其中，所述多孔支撑体包括尺寸为31μm至1000μm的微孔。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170331 KR 10-2017-00416991.一种离子交换膜，包括：
多孔支撑体，所述多孔支撑体包括多个孔；以及
离子导体，所述离子导体填充所述多孔支撑体的所述孔，
其中，所述多孔支撑体包括尺寸为31μm至1000μm的微孔。


2.根据权利要求1所述的离子交换膜，其中，所述多孔支撑体包括相对于所述孔的总体积占1vol％至20vol％的尺寸为31μm至1000μm的所述微孔。


3.根据权利要求1所述的离子交换膜，其中，所述多孔支撑体的孔隙率为45％以上。


4.根据权利要求1所述的离子交换膜，其中，所述多孔支撑体的厚度为1μm至200μm。


5.根据权利要求1所述的离子交换膜，其中，相对于所述离子交换膜的总重量，所述离子导体的含量占30wt％至70wt％。


6.根据权利要求1所述的离子交换膜，还包括：
离子导体层，所述离子导体层位于所述多孔支撑体的一个表面或两个表面上，
其中，一个表面上的所述离子导体层的厚度为1μm至30μm。


7.根据权利要求6所述的离子交换膜，其中，相对于所述离子交换膜的总厚度，一个表面上的所述离子导体层的厚度为1长度％至50...

【专利技术属性】
技术研发人员：李殷受，李瞳熏，金娜玲，廉承辑，
申请(专利权)人：可隆工业株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR