一种复合离子传导膜的制备方法及其复合膜和应用技术

本发明专利技术涉及一种复合离子传导膜的制备方法及其复合膜和应用，通过三次溶剂蒸发相分离法来制备出具有三层结构的复合离子传导膜，最后置于水中得到；具体制备过程包括，首先通过溶剂蒸发相分离法制备得到单层离子传导膜；然后在此层离子传导膜表面涂覆一层聚合物溶液作为中间层，溶剂蒸发相分离后制得双层复合离子传导膜；在双层复合离子传导膜的中间层表面再涂覆一层聚合物溶液，溶剂蒸发相分离后制得具有三层结构的复合离子传导膜；最后将其置于水中浸泡后，得到所需的复合离子传导膜。与传统离子传导膜相比，该复合离子传导膜表面层离子传导膜中的水溶性有机高分子树脂在水中溶解而成孔，使其兼具多孔离子传导膜和离子传导膜的特点，以此组装的电池具有很高的电池效率及较长的循环寿命。该高稳定性复合离子传导膜的制备方法操作过程简单、工艺环保、经济有效，容易实现批量生产。

Preparation and application of a composite ion conducting membrane

【技术实现步骤摘要】
一种复合离子传导膜的制备方法及其复合膜和应用
本专利技术涉及一种液流电池用高稳定性复合离子传导膜的制备方法，特别涉及水溶性有机高分子树脂在全钒液流电池中的应用。
技术介绍
液流电池是一种电化学储能新技术，与其它储能技术相比，具有系统设计灵活、蓄电容量大、选址自由、能量转换效率高、可深度放电、安全环保、功率和容量可以独立设计、维护费用低等优点，可广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电储能、应急电源系统、备用电站和电力系统削峰填谷等方面。全钒液流电池(Vanadiumflowbattery,VFB)因其安全性高、稳定性好、效率高、寿命长(寿命>15年)、成本低等优点而具有良好的应用前景。电池隔膜是液流电池中的重要组成部分，它起着阻隔正、负极电解液，提供质子传输通道的作用。膜的质子传导性、化学稳定性和离子选择性等将直接影响电池的电化学性能和使用寿命。因此膜应该具有较高的离子选择性和较高的质子传导率，同时还应具有较好的化学稳定性和较低的成本。现在国内外使用的膜材料主要是美国杜邦公司开发的全氟磺酸Nafion膜，Nafion膜具有高质子传导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合离子传导膜的制备方法，其特征在于：通过三次溶剂蒸发相分离法来制备出具有三层结构的复合离子传导膜，最后置于水中得到；具体制备过程包括，首先通过溶剂蒸发相分离法制备得到单层离子传导膜；然后在此层离子传导膜表面涂覆一层聚合物溶液作为中间层，溶剂蒸发相分离后制得双层复合离子传导膜；在双层复合离子传导膜的中间层表面再涂覆一层聚合物溶液，溶剂蒸发相分离后制得具有三层结构的复合离子传导膜；最后将其置于水中浸泡后，得到所需的复合离子传导膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合离子传导膜的制备方法，其特征在于：通过三次溶剂蒸发相分离法来制备出具有三层结构的复合离子传导膜，最后置于水中得到；具体制备过程包括，首先通过溶剂蒸发相分离法制备得到单层离子传导膜；然后在此层离子传导膜表面涂覆一层聚合物溶液作为中间层，溶剂蒸发相分离后制得双层复合离子传导膜；在双层复合离子传导膜的中间层表面再涂覆一层聚合物溶液，溶剂蒸发相分离后制得具有三层结构的复合离子传导膜；最后将其置于水中浸泡后，得到所需的复合离子传导膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的复合离子传导膜为由两层外表面层离子传导膜和一层中间层离子传导膜组成；外表面层离子传导膜以不含离子交换基团的非水溶性的有机高分子树脂和水溶性有机高分子树脂为原料制备而成；中间层离子传导膜以不含离子交换基团的非水溶性的有机高分子树脂和水溶性有机高分子树脂，或不含离子交换基团的非水溶性的有机高分子树脂和高亲水非水溶性有机高分子树脂，或高亲水非水溶性有机高分子树脂为原料制备而成；经过溶剂蒸发相分离法固化成膜后，将膜置于水中浸泡得到。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述复合离子传导膜的表面层为多孔结构，孔径在0.001-10nm之间；中间层为致密结构所述复合离子传导膜的厚度在30-150μm之间；两层外表面层离子传导膜的稳定性高于中间层离子传导膜；制备过程，所述外表面层的不含离子交换基团的非水溶性有机高分子树脂的终浓度在10-50wt％之间，水溶性的有机高分子树脂终浓度在5-30wt％之间；
当中间层离子传导膜以不含离子交换基团的非水溶性的有机高分子树脂和水溶性有机高分子树脂为原料制备而成时，外表面层的水溶性有机高分子树脂会被水溶解而游离出膜成孔，而中间层的水溶性有机高分子树脂由于不直接与水接触而被保留住；制备过程，其中中间层的不含离子交换基团的非水溶性有机高分子树脂的终浓度在10-50wt％之间，水溶性的有机高分子树脂终浓度在5-30wt％之间；
当中间层离子传导膜以不含离子交换基团的非水溶性的有机高分子树脂和高亲水非水溶性有机高分子树脂为原料制备而成时，制备过程，其中不含离子交换基团的非水溶性有机高分子树脂的终浓度在10-50wt％之间；高亲水非水溶性有机高分子树脂的终浓度在5-30wt％之间；
当中间层离子传导膜以高亲水非水溶性有机高分子树脂为原料制备而成，制备过程，其中高亲水非水溶性有机高分子树脂的终浓度在5-30wt％之间。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：当中间层离子传导膜以不含离子交换基团的非水溶性的有机高分子树脂和水溶性有机高分子树脂为原料，或，不含离子交换基团的非水溶性的有机高分子树脂和高亲水非水溶性有机高分子树脂为原料时，所述两层外表面层的非水溶性的有机高分子树脂的稳定性要高于中间层离子传导膜的非水溶性的有机高分子树脂的稳定性，其中树脂的稳定性由树脂自身的抗张强度来表征，即两层外表面层离子传导膜选用的非水溶性有机高分子树脂的抗张强度要高于中间层离子传导膜选用的非水溶性的有机高分子树脂的抗张强度：非水溶性有机高分子树脂的抗张强度在3-100MPa之间。


5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的不含离子交换基团的非水可溶性有机高分子树脂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚醚砜、聚砜、聚醚酮类、聚苯乙烯和聚四氟乙烯中的一种或二种以上；
水溶性有机高分子树脂为聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯二醇和聚乳酸中的一种或二种以上；
高亲水非水溶性有机高分子树脂为磺化聚醚醚酮、磺化聚醚酮、磺化聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：李先锋，鲁文静，张华民，史丁秦，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21