一種含氟磺酸離子交換膜在液流儲能電池中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含氟磺酸離子交換膜在液流儲能電池中的應(yīng)用，所述含氟磺酸離子交換膜為短支鏈的全氟磺酸離子交換膜、或偏氟磺酸離子交換膜、或部分含氟磺酸離子交換膜；所述離子交換膜含有較短支鏈結(jié)構(gòu)，減小了膜中的離子團簇半徑，從而縮小離子傳輸通道，進而提高膜對釩離子的選擇性，減小了全釩液流儲能電池的釩離子滲透和水遷移，有效降低了正負極電解液互串，抑制了電池在長期充放電過程中的容量衰減，并且延長了電解液的使用壽命。
【專利說明】一種含氟磺酸離子交換膜在液流儲能電池中的應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于全釩液流儲能電池的離子交換膜的短支鏈磺酸膜的制備及其應(yīng)用，屬于全釩液流儲能電池的離子交換膜材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】:
[0002]當今社會，隨著人類經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染的現(xiàn)狀日趨嚴峻。為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須大力發(fā)展太陽能和風(fēng)能等可再生能源。而這些可再生能源發(fā)電受地域、氣象等條件的影響具有明顯的不連續(xù)、不穩(wěn)定性。為了平滑和穩(wěn)定可再生能源發(fā)電輸出及解決發(fā)電與用電的時差矛盾，提高電力品質(zhì)和電網(wǎng)可靠性，必須發(fā)展高效儲能技術(shù)。全釩液流儲能電池(VFB)由于具有系統(tǒng)容量和功率相互獨立可調(diào)、響應(yīng)迅速，安全可靠，循環(huán)壽命長，操作維護簡單，環(huán)境友好等突出優(yōu)勢而成為可再生能源發(fā)電，電網(wǎng)削峰填谷，應(yīng)急及備用電站等規(guī)?；瘍δ苤凶钣邪l(fā)展前景的技術(shù)之一。
[0003]目前，全釩液流儲能電池存在的技術(shù)突破主要有三方面:電解液穩(wěn)定性差；不同價態(tài)的釩離子遷移及水擴散造成物流失衡；運行電流密度低。作為全釩液流儲能電池關(guān)鍵材料之一的離子交換膜，起著分隔正負極活性物質(zhì)(不同價態(tài)離子)以及導(dǎo)通質(zhì)子的雙重作用。理想的離子交換膜必須具備以下特征:阻釩性高，；良好的質(zhì)子傳導(dǎo)率，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，成本低廉等。 [0004]杜邦公司的全氟磺酸膜一Nafion膜系列由于具有較好的離子傳導(dǎo)性，化學(xué)和機械穩(wěn)定性優(yōu)異而得以在全釩液流儲能電池中廣泛應(yīng)用。但是由于一方面，Nafion膜的選擇性不高，釩離子互串嚴重，導(dǎo)致自放電現(xiàn)象，從而在長期循環(huán)過程中導(dǎo)致電池的容量明顯衰減，電池能量轉(zhuǎn)換效率也相應(yīng)降低；另外一方面，由于其成本較高，膜生產(chǎn)過程復(fù)雜、過程參數(shù)控制嚴格、膜的生產(chǎn)成本過高，在很大程度上制約了其在全氟磺酸膜的工業(yè)化和商業(yè)化。
[0005]針對Nafion系列全氟磺酸基離子交換膜釩滲透率高的不足，眾多研究者對其作了改性研究，期望能改善膜的釩離子滲透，從而提高電池的操作性能。改性研究方向主要有利用一些有機小分子或無機粒子改善離子交換膜的孔徑，接枝離子交換膜，開發(fā)非氟離子交換膜以及陰離子交換膜等。但是除了少數(shù)全氟磺酸膜外，大部分商業(yè)化的離子交換膜均容易在VFB強氧化性的正極電解液發(fā)生降解。因此在利用全氟磺酸膜高穩(wěn)定性的同時，從本質(zhì)上改善全氟磺酸離子交換膜的釩滲透性能也是VFB膜材料的一個重要發(fā)展方向。
[0006]Nafion膜的釩滲透率高這一特性主要是由其微觀結(jié)構(gòu)決定的。圖1為全氟磺酸離子交換膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)式(其中x=6-10, y = z=l)?？梢钥闯觯撬犭x子交換膜由疏水的聚四氟乙烯骨架和末端帶有親水性離子交換基團(磺酸基團)的支鏈所組成。
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種含氟磺酸離子交換膜在液流儲能電池中的應(yīng)用，其特征在于:所述含氟磺酸離子交換膜為短支鏈的全氟磺酸離子交換膜、或偏氟磺酸離子交換膜、或部分含氟磺酸離子交換膜； 短支鏈的全氟磺酸離子交換膜材料為鏈段A和鏈段B構(gòu)成的無序共聚物或交替共聚物； 鏈段A結(jié)構(gòu)為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于， 液流儲能電池為酸性電解液液流儲能電池，其包括:全釩液流儲能電池、鐵鉻液流儲能電池、鋅溴液流儲能電池、鑰;溴液流儲能電池或鑰;鋪液流儲能電池。
【文檔編號】H01M4/94GK103840178SQ201210484857
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】張華民, 丁聰, 李先鋒 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所