一种多孔隔膜在液流储能电池中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一类多孔隔膜在液流储能电池中的应用，所述的多孔隔膜由有机高分子树脂中的一种或二种以上为原料，再通过气相诱导相转换法制备而成，其中气相为有机高分子树脂的不良溶剂蒸气气氛。该类膜可以有效的实现不同价态离子间的分离，保持膜的离子透过选择性，不需依赖离子交换基团可实现离子的传递。该类膜材料制备方法简单、孔结构可控、成本低、容易实现大批量生产，拓展了液流储能电池膜材料的加工方法和选择范围。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一类多孔隔膜在液流储能电池中的应用，所述的多孔隔膜由有机高分子树脂中的一种或二种以上为原料，再通过气相诱导相转换法制备而成，其中气相为有机高分子树脂的不良溶剂蒸气气氛。该类膜可以有效的实现不同价态离子间的分离，保持膜的离子透过选择性，不需依赖离子交换基团可实现离子的传递。该类膜材料制备方法简单、孔结构可控、成本低、容易实现大批量生产，拓展了液流储能电池膜材料的加工方法和选择范围。【专利说明】 —种多孔隔膜在液流储能电池中的应用
本专利技术涉及一种多孔隔膜在液流储能电池中的应用，特别涉及此类膜在全钒液流储能电池中的应用。
技术介绍
液流储能电池是一种电化学储能新技术，与其它储能技术相比，具有能量转换效率高、系统设计灵活、蓄电容量大、选址自由、可深度放电、安全环保、维护费用低等优点，可以广泛应用于风能、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。全钒液流储能电池由于安全性高、稳定性好、效率高、寿命长(寿命> 15年)、成本低等优点，被认为是液流储能电池中最有前景和代表性的一种液流储能电池。电池隔膜是液流储能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；因此要求膜具有较低的活性物质渗透率(即有较高的选择性)和较低的面电阻(即有较高的离子传导率)，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Nafion膜，Nafion膜在电化学性能和使用寿命等方面具有优异的性能，但由于价格昂贵，特别是应用于全钒氧化还原液流电池中存在离子选择性差等缺点，从而限制了该膜的工业化应用。因此，开发具有高选择性、高稳定性和低成本的电池隔膜至关重要。目前开发和使用的液流储能电池隔膜，均为离子交换膜，即膜材料由含有离子交换基团的聚合物组成，主要分为全氟离子交换膜、半氟离子交换膜和非氟离子交换膜，由于含氟膜价格昂贵，离子选择性差等问题，研究人员针对非氟离子交换膜材料开展了大量研究和开发工作，常见的非氟聚合物为磺化聚芳醚酮、聚芳醚砜，聚酰亚胺等材料。其中离子交换基团起着传输离子、隔离钒离子的作用，聚合物主链保证膜的机械性能。但对绝大多数非氟离子交换膜，离子交换基团的引入，大大降低了膜的氧化稳定性，限制了膜在液流储能电池中的使用寿命。膜分离过程以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。分离膜的结构一般为多孔膜结构，根据膜孔径的大小，不同尺寸的分子可以选择性的透过膜，从而实现分离提纯的目的。工业中所用的多孔隔膜一般通过相转化的方法得到。基本方法是将聚合物的溶液铺在平板上(如玻璃板)，然后根据需要，将溶剂挥发一段时间，将平板浸入聚合物的非溶剂浴中固化，形成聚合物的多孔膜。在本专利技术方法中，不同的制备参数将直接影响到所制备膜的形态和性能。比如:溶剂挥发时间，聚合物溶液的浓度以及共溶剂等。可以通过控制成膜条件，控制多孔膜孔径的大小，实现对不同物质的选择性分离。以全钒液流储能电池为例，钒离子和质子均以水合离子的形式存在。五价钒离子的stokes半径大约在2.5_3A°之间。根据Stokes半径的计算公式,离子在溶液中的stokes半径和离子的渗透系数成反比关系。而在溶液中氢离子的渗透系数远远大于钒离子渗透系数，因此，溶液中，钒离子的Stokes半径远远大于氢离子的Stokes半径。【权利要求】1.一种多孔隔膜在液流储能电池中的应用，其特征在于:所述的多孔隔膜由有机高分子树脂中的一种或二种以上为原料，再通过气相诱导相转换法制备而成， 其中气相为有机高分子树脂的不良溶剂蒸气气氛。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于:所述气相诱导相转换法制备过程如下， (1)将有机高分子树脂溶解在有机溶剂中，在温度为20?200°C下充分搅拌0.5?24h制成共混溶液；其中有机高分子树脂浓度为5?70wt%之间； 上述有机溶剂中还可加入易挥发性溶剂，形成混合溶剂，易挥发性溶剂在混合溶剂中的浓度为O?50wt% ； (2)将步骤(I)制备的共混溶液倾倒在无纺布基底或直接倾倒在玻璃板上，刮制成液膜； (3)常压下，将步骤(2)制备的液膜置于树脂的不良溶剂蒸气的空气气氛中，温度控制在0-200°C，不良溶剂蒸气氛占空气总体积分数为5-100%，控制时间为0.1-60分钟； (4)将步骤(3)制备的膜在0-100°C之间置于去离子水中0.1-24小时，将残留的溶剂洗去。3.根据权利要求1和2所述的应用，其特征在于:所述的有机高分子树脂为聚砜、聚酮、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯基喹喔啉、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡啶、聚丙烯腈、聚丙烯、聚乙烯、聚丁 二烯或醋酸纤维素。4.根据权利要求1和2所述的应用，其特征在于:所述的树脂的不良溶剂蒸气氛为水蒸气、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、甲醚、乙醚、甲酸或乙酸蒸汽中的一种或二种以上的混合蒸汽。5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于:所述多孔隔膜孔径尺寸为0.05?lOOnm，孔隙率为5?90 %，厚度为20?500 μ m。6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于:所述有机溶剂为DMSO、DMAC,NMP, DMF中的一种或二种以上； 所述易挥发性溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃或正己烷中一种或二种以上。【文档编号】H01M2/16GK103682211SQ201210327536【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月6日 优先权日:2012年9月6日 【专利技术者】张华民, 李先锋, 张洪章, 段寅琦, 史丁秦 申请人:中国科学院大连化学物理研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔隔膜在液流储能电池中的应用，其特征在于：所述的多孔隔膜由有机高分子树脂中的一种或二种以上为原料，再通过气相诱导相转换法制备而成，其中气相为有机高分子树脂的不良溶剂蒸气气氛。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张华民，李先锋，张洪章，段寅琦，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