用于氧化还原液流电池组的阴离子交换膜制造技术

公开了一种具有至少一个可再充电电池的液流电池组。该至少一个可再充电电池可以包括阳极电解液隔室、阴极电解液隔室和被定位在阳极电解液隔室和阴极电解液隔室之间的阴离子交换膜。阴离子交换膜可以具有小于100μm的厚度和关于可再充电电池的电解质中的阳离子物质的小于0.4ppm/h/cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于氧化还原液流电池组的阴离子交换膜相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2017年12月13日提交的标题为“SynthesisofanAnionIonExchangeMembraneforaRedoxFlowBatteryApplication”的美国临时申请序列号62/598,135和2018年2月2日提交的标题为“TailoringAnionIonExchangeMembranesfortheApplicationofRedoxFlowBatteries”的美国临时申请序列号62/625,368的优先权，这些申请中的每个为了所有目的通过引用以其整体并入本文。
本文公开的方面和实施方案总体上涉及氧化还原液流电池组(redoxflowbattery)，并且更具体地，涉及用于氧化还原液流电池组的阴离子交换膜。概述根据一个方面，提供了一种液流电池组。液流电池组可以包括至少一个可再充电电池(rechargeablecell)。该至少一个可再充电电池可以包括阳极电解液隔室(anolytecompartment)、阴极电解液隔室(catholytecompartment)和被定位在阳极电解液隔室和阴极电解液隔室之间的阴离子交换膜。阳极电解液隔室可以被配置成容纳具有第一阳离子物质(firstcationspecies)的第一电解质。阴极电解液隔室可以被配置成容纳具有第二阳离子物质的第二电解质。阴离子交换膜可以被配置成在第一电解质和第二电解质之间是离子导电的。阴离子交换膜可以具有小于100μm的厚度和关于第一阳离子物质和第二阳离子物质中的至少一种的小于0.4ppm/h/cm2的稳态扩散率(steadystatediffusivity)。在一些实施方案中，第一阳离子物质和第二阳离子物质中的至少一种是金属离子。第一阳离子物质和第二阳离子物质中的至少一种可以选自锌、铜、铈和钒。阴离子交换膜可以具有当内部电势降为至少约2.5V时被确定的至少约12周的使用寿命。阴离子交换膜可以具有小于约55μm的厚度。在一些实施方案中，阴离子交换膜可以具有在约15μm和约35μm之间的厚度。例如，阴离子交换膜可以具有约25μm的厚度。在一些实施方案中，阴离子交换膜可以具有关于第一阳离子物质和第二阳离子物质中的至少一种的小于0.12ppm/h/cm2的稳态扩散率。当在25℃在0.5MNaCl溶液中平衡之后以直流电测量时，阴离子交换膜可以具有在约3.0Ω-cm2和约10.0Ω-cm2之间的电阻。当在25℃在0.5MNaCl溶液中平衡之后以直流电测量时，阴离子交换膜可以具有在约5.0Ω-cm2和约8.0Ω-cm2之间的电阻。在一些实施方案中，阴离子交换膜可以具有关于至少一种非氧化还原物质的至少约0.95的共离子迁移数(co-iontransportnumber)。液流电池组可以被配置成与高压直流(HVDC)传输线兼容，并且提供在约1000V和约800KV之间的电压。液流电池组可以被配置成与车辆兼容，并且提供在约100V和约500V之间的电压。根据另一方面，提供了一种促进液流电池组的使用的方法。该方法可以包括提供至少一个阴离子交换膜以及提供将每个阴离子交换膜安装在液流电池组的可再充电电池中的指令。阴离子交换膜可以具有小于100μm的厚度和关于第一金属阳离子物质和第二金属阳离子物质中的至少一种的小于0.4ppm/h/cm2的稳态扩散率。每个阴离子交换膜可以被安装在阳极电解液隔室和阴极电解液隔室之间。根据某些实施方案，提供阴离子交换膜可以包括提供具有在约15μm和约35μm之间的厚度的阴离子交换膜。根据某些实施方案，提供阴离子交换膜可以包括提供具有关于第一金属阳离子物质和第二金属阳离子物质中的至少一种的小于0.12ppm/h/cm2的稳态扩散率的阴离子交换膜，所述第一金属阳离子物质和所述第二金属阳离子物质独立地选自锌、铜、铈和钒。该方法还可以包括提供对液流电池组充电并且连续地操作液流电池组的指令。根据另一方面，提供了一种促进电荷的储存的方法。该方法可以包括提供液流电池组和提供对液流电池组充电的指令。液流电池组可以包括多个可再充电电池。每个电池可以包括阳极电解液隔室、阴极电解液隔室和被定位在阳极电解液隔室和阴极电解液隔室之间的阴离子交换膜。阳极电解液隔室可以被配置成容纳具有第一阳离子物质的第一电解质。阴极电解液隔室可以被配置成容纳具有第二阳离子物质的第二电解质。阴离子交换膜可以被配置成在第一电解质和第二电解质之间是离子导电的。阴离子交换膜可以具有小于100μm的厚度和关于第一阳离子物质和第二阳离子物质中的至少一种的小于0.4ppm/h/cm2的稳态扩散率。该方法还可以包括通过将液流电池组电连接至可变能量供应部(variableenergysupply)来提供对液流电池组充电的指令。该方法还可以包括提供将液流电池组电连接至高压直流(HVDC)传输线的指令。在一些实施方案中，该方法还可以包括提供在液流电池组的放电之后更换第一电解质和第二电解质中的至少一种的指令。根据另一方面，提供了一种生产阴离子交换膜的方法。该方法可以包括将具有交联基团的阳离子官能单体整合(integrate)到聚合产物(polymerizationproduct)中以及用聚合产物涂覆具有小于约100μm的厚度的微孔基底(microporoussubstrate)。在一些实施方案中，聚合产物可以基本上不含交联剂。根据某些实施方案，微孔基底可以具有约25μm的厚度。微孔基底可以包括聚丙烯、高分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚砜及其组合中的至少一种。微孔基底可以具有在约25％和约45％之间的孔隙率和在约50nm和约10μm之间的平均孔径。微孔基底可以包括具有约35％的孔隙率和约200nm的平均孔径的超高分子量聚乙烯。本公开内容预期前述方面和/或实施方案中的任何一个或更多个的所有组合，以及与详细描述中阐述的任何一个或更多个实施方案和任何实例的组合。附图简述附图并不意图是按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同的或者几乎相同的部件用相同的数字表示。出于清楚的目的，并非每个部件都可以在每个图中被标记。在附图中：图1是根据一个实施方案的可再充电液流电池组的示意图；图2是根据一个实施方案的液流电池组的示意图；图3是根据一个实施方案的锌-铜氧化还原液流电池组的示意图；图4是根据一个实施方案的膜生产线的示意图；以及图5是若干样品离子交换膜的铜扩散随时间的图。详细描述液流电池组是一类电化学电池。在典型的液流电池组中，化学能可以由包含在相应的室中并由离子交换膜分隔开的两种液体电解质提供。电流的流动和对应的离子交换可以通过离子交换膜发生，同时两种液体电解质都循环穿过它们的室。通常，液流电池组的能量容量(energycapacity)是液体电解质体积的函数，并且功率是电极的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液流电池组，包括：/n至少一个可再充电电池，所述可再充电电池包括/n阳极电解液隔室，所述阳极电解液隔室被配置成容纳具有第一阳离子物质的第一电解质；/n阴极电解液隔室，所述阴极电解液隔室被配置成容纳具有第二阳离子物质的第二电解质；以及/n阴离子交换膜，所述阴离子交换膜被定位在所述阳极电解液隔室和所述阴极电解液隔室之间，被配置成在所述第一电解质和所述第二电解质之间是离子导电的，所述阴离子交换膜具有小于100μm的厚度和关于所述第一阳离子物质和所述第二阳离子物质中的至少一种的小于0.4ppm/h/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171213 US 62/598,135;20180202 US 62/625,3681.一种液流电池组，包括：
至少一个可再充电电池，所述可再充电电池包括
阳极电解液隔室，所述阳极电解液隔室被配置成容纳具有第一阳离子物质的第一电解质；
阴极电解液隔室，所述阴极电解液隔室被配置成容纳具有第二阳离子物质的第二电解质；以及
阴离子交换膜，所述阴离子交换膜被定位在所述阳极电解液隔室和所述阴极电解液隔室之间，被配置成在所述第一电解质和所述第二电解质之间是离子导电的，所述阴离子交换膜具有小于100μm的厚度和关于所述第一阳离子物质和所述第二阳离子物质中的至少一种的小于0.4ppm/h/cm2的稳态扩散率。


2.如权利要求1所述的液流电池组，其中所述第一阳离子物质和所述第二阳离子物质中的至少一种是金属离子。


3.如权利要求2所述的液流电池组，其中所述第一阳离子物质和所述第二阳离子物质中的至少一种选自锌、铜、铈和钒。


4.如权利要求3所述的液流电池组，其中所述阴离子交换膜具有当内部电势降为至少约2.5V时被确定的至少约12周的使用寿命。


5.如权利要求1所述的液流电池组，其中所述阴离子交换膜具有小于约55μm的厚度。


6.如权利要求5所述的液流电池组，其中所述阴离子交换膜具有在约15μm和约35μm之间的厚度。


7.如权利要求6所述的液流电池组，其中所述阴离子交换膜具有约25μm的厚度。


8.如权利要求7所述的液流电池组，其中所述阴离子交换膜具有关于所述第一阳离子物质和所述第二阳离子物质中的至少一种的小于0.12ppm/h/cm2的稳态扩散率。


9.如权利要求1所述的液流电池组，其中所述阴离子交换膜当在25℃在0.5MNaCl溶液中平衡之后以直流电测量时具有在约3.0Ω-cm2和约10.0Ω-cm2之间的电阻。


10.如权利要求9所述的液流电池组，其中所述阴离子交换膜当在25℃在0.5MNaCl溶液中平衡之后以直流电测量时具有在约5.0Ω-cm2和约8.0Ω-cm2之间的电阻。


11.如权利要求10所述的液流电池组，其中所述阴离子交换膜具有关于至少一种非氧化还原物质的至少约0.95的共离子迁移数。


12.如权利要求1所述的液流电池组，被配置成与高压直流(HVDC)传输线兼容，并且提供在约1000V和约800KV之间的电压。


13.如权利要求1所述的液流电池组，被配置成与车辆兼容，并且提供在约100V和约500V之间的电压。


14.一种促进液流电池组的使用的方法，包括：
提供至少一个阴离子交换膜，所述阴离子交换膜具有小于100μm的厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·Y·顾，萨瓦斯·哈德吉基里亚库，西蒙·保罗·杜克斯，迈克尔·J·肖，
申请(专利权)人：懿华水处理技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US