一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜及其制备方法，复合隔膜以碱金属离子型磺化聚醚醚酮为基膜，磺化度为60％～70％；填充剂包括ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于液流电池
，涉及一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于传统化石能源资源逐渐减少及其带来的环境污染，可再生能源越来越受到大家的重视。但可再生能源具有间歇性和不稳定性，需要与大规模储能技术进行联用。液流电池由于循环寿命长、设计灵活、安全可靠、响应快速等优点，在大规模储能领域具有十分广阔的应用前景。隔膜是液流电池的关键材料之一，具有阻止正负极电解液交叉污染、完成电路回路的作用。一种理想的复合隔膜，需要具备以下特性：高质子电导率、高离子选择性、高化学稳定性、低成本等。当前，国内外示范性工程主要采用的隔膜材料为美国杜邦公司的Nafion系列膜(Nafion膜为聚四氟乙烯的阳复合隔膜)，其价格高昂、离子渗透严重，限制了液流电池在大规模储能领域的商业化应用。为此，许多研究者对液流电池用复合隔膜做出了广泛研究，虽然有效改善了隔膜某方面性能，但是这些隔膜依旧具有成本高、综合性能差、制备工艺复杂且无法适用于多种液流电池体系等缺点，无法满足液流电池商业化应用的要求。因此，制备成本低廉、使用寿命长、综合性能优良且适用于多种体系的复合隔膜是促进液流电池大规模应用亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提供一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜，具有优异的离子选择性和离子传导率、良好的化学稳定性和机械性能，适用于多种液流电池体系，且电池性能良好，解决了现有技术中存在的问题。
[0004]本专利技术的另一目的是，提供一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜的制备方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜，所述复合隔膜以碱金属离子型磺化聚醚醚酮为基膜，磺化度为60％～70％；填充剂包括ZIF
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X和ZIF
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90
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X，ZIF
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X材料为ZIF
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SO3H、ZIF
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COOH或ZIF
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OH，ZIF
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X材料为ZIF
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90
‑
SO3H、ZIF
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90
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COOH或ZIF
‑
90
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OH，ZIF
‑8‑
X和ZIF
‑
90
‑
X总掺杂量为1～5％。
[0006]进一步的，包括以下步骤：
[0007]S1，制备磺化度为60％～70％的磺化聚醚醚酮；
[0008]S2，制备ZIF
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X；ZIF
‑8‑
X为ZIF
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SO3H、ZIF
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COOH或ZIF
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OH；
[0009]S3，制备ZIF
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X；ZIF
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90
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X材料为ZIF
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SO3H、ZIF
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COOH或ZIF
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OH；
[0010]S4，将ZIF
‑8‑
X、ZIF
‑
90
‑
X加入磺化聚醚醚酮的有机溶液中，40～100℃恒温条件下避光处理，超声，配置成ZIF
‑8‑
X和ZIF
‑
90
‑
X总质量份数为1～5％的混合溶液，混合溶液通过刮刀法成膜。
[0011]进一步的，所述S4中，ZIF
‑8‑
X和ZIF
‑
90
‑
X的加入质量相同。
[0012]进一步的，所述S1中，制备磺化度为60％～70％的磺化聚醚醚酮，具体为：将聚醚
醚酮粉末与浓硫酸进行磺化反应，聚醚醚酮粉末与浓硫酸的质量体积比为1g：6～15mL；在40～100℃恒温条件下搅拌反应1～12h；反应结束后，用去离子水清洗反应产物至中性，晾干，放入60～100℃烘箱干燥24～48h，得到磺化度为60％～70％的干燥磺化聚醚醚酮。
[0013]进一步的，所述S1还包括将干燥的磺化聚醚醚酮经过离子化处理，具体为：将干燥的磺化聚醚醚酮至于0.5～2M碱溶液中，40～60℃恒温条件下浸泡2～4h，然后放置于去离子水中浸泡清洗至中性，晾干，再于60～100℃条件下干燥24～48h，得到干燥的钾离子型或钠离子型磺化聚醚醚酮。
[0014]进一步的，所述ZIF
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X、ZIF
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X是在室温条件下，通过重氮反应和重氮偶联反应将亲水基团
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SO3H、
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COOH或
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OH接枝到ZIF
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8或ZIF
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90上得到。
[0015]进一步的，所述S2中，ZIF
‑8‑
X的制备方法：将ZIF
‑
8分散在去离子水中，然后依次加入与ZIF
‑
8等物质的量的含亲水基团的物质和0.4wt％～0.6wt％的浓HCl，含亲水基团的物质和浓HCl物质的量比为1:2～1:4；将所得悬浮液在室温下搅拌，然后滴加与ZIF
‑
8等物质的量的NaNO2溶液；将混合物加热，反应完成后，将悬浮液通过透析袋过滤，并用去离子水洗涤；收集透析袋中残留物，烘干即得；含亲水基团的物质为对氨基磺酸、甘氨酸或羟胺中的一种，对应得到ZIF
‑8‑
SO3H、ZIF
‑8‑
COOH或ZIF
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OH。
[0016]进一步的，所述S3中，ZIF
‑
90
‑
X的制备方法：将ZIF
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90分散在去离子水中，然后依次加入与ZIF
‑
90等物质的量的含亲水基团的物质和0.4wt％～0.6wt％的浓HCl，含亲水基团的物质和浓HCl物质的量比为1:2～1:4；将所得悬浮液在室温下搅拌，然后滴加与ZIF
‑
90等物质的量的NaNO2溶液；将混合物加热，反应完成后，将悬浮液通过透析袋过滤，并用去离子水洗涤；收集透析袋中残留物，烘干即得；含亲水基团的物质为对氨基磺酸、甘氨酸或羟胺中的一种，对应得到ZIF
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SO3H、ZIF
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COOH或ZIF
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OH。
[0017]进一步的，所述S4中，碱金属离子型磺化聚醚醚酮的有机溶液的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜以碱金属离子型磺化聚醚醚酮为基膜，磺化度为60％～70％；填充剂包括ZIF
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X和ZIF
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X，ZIF
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X材料为ZIF
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SO3H、ZIF
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COOH或ZIF
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OH，ZIF
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X材料为ZIF
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SO3H、ZIF
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COOH或ZIF
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OH，ZIF
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X和ZIF
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X总掺杂量为1～5％。2.如权利要求1所述一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，制备磺化度为60％～70％的磺化聚醚醚酮；S2，制备ZIF
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X；ZIF
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X为ZIF
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SO3H、ZIF
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COOH或ZIF
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OH；S3，制备ZIF
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X；ZIF
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X材料为ZIF
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SO3H、ZIF
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COOH或ZIF
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OH；S4，将ZIF
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X、ZIF
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X加入磺化聚醚醚酮的有机溶液中，40～100℃恒温条件下避光处理，超声，配置成ZIF
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X和ZIF
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X总质量份数为1～5％的混合溶液，混合溶液通过刮刀法成膜。3.根据权利要求2所述一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述S4中，ZIF
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X和ZIF
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X的加入质量相同。4.根据权利要求2所述一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述S1中，制备磺化度为60％～70％的磺化聚醚醚酮，具体为：将聚醚醚酮粉末与浓硫酸进行磺化反应，聚醚醚酮粉末与浓硫酸的质量体积比为1g：6～15mL；在40～100℃恒温条件下搅拌反应1～12h；反应结束后，用去离子水清洗反应产物至中性，晾干，放入60～100℃烘箱干燥24～48h，得到磺化度为60％～70％的干燥磺化聚醚醚酮。5.根据权利要求2所述一种液流电池用ZIF/SPEEK复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述S1还包括将干燥的所述磺化聚醚醚酮经过离子化处理，具体为：将干燥的磺化聚醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾传坤，卢博，黄鑫，
申请(专利权)人：张家港德泰储能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：