一種全釩氧化還原液流電池用離子交換膜的合成及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及全釩氧化還原液流電池用隔膜領(lǐng)域，特別涉及一種磺化聚芳醚酮離子交換膜的合成、制備和應(yīng)用。本發(fā)明的離子交換樹(shù)脂為磺化聚芳醚酮共聚物，其結(jié)構(gòu)單元包括：和，本發(fā)明的磺化聚芳醚酮樹(shù)脂具有優(yōu)異的耐熱性能，溶解性優(yōu)異，能在常溫下溶于二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等強(qiáng)極性溶劑中；另外采用流延成型的方法制備的磺化聚芳醚酮離子交換膜具有良好的拉伸強(qiáng)度，離子交換容量高同時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性良好，該離子交換膜的性能與Nafion膜性能相當(dāng)，個(gè)別指標(biāo)甚至優(yōu)于Nafion膜；另外，磺化聚芳醚酮樹(shù)脂合成條件簡(jiǎn)單、制備膜工藝成熟、成本比全氟磺酸型離子交換膜低廉，不容易引起環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于釩電池。
【專利說(shuō)明】一種全釩氧化還原液流電池用離子交換膜的合成及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全釩氧化還原液流電池用離子交換膜制備領(lǐng)域，特別涉及一種可用于釩電池的磺化聚芳醚酮共聚物的合成及其離子交換膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)代中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主題，而新型能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)在越來(lái)越受到國(guó)家及社會(huì)的關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)外大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用可再生能源已經(jīng)取得重要突破，如風(fēng)能，太陽(yáng)能，海洋能等等。但是這些新型能源受到天氣環(huán)境等因素影響較大，在發(fā)電過(guò)程中不能保證連續(xù)穩(wěn)定的輸出，在新能源的開(kāi)發(fā)利用，能量的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵。
[0003]目前儲(chǔ)能技術(shù)中已經(jīng)應(yīng)用的主要有抽水儲(chǔ)能和化學(xué)蓄電池儲(chǔ)能。其中化學(xué)儲(chǔ)能因不受地理限制得到廣泛的應(yīng)用。在化學(xué)蓄電池儲(chǔ)能中，全反液流電池是眾多化學(xué)電源中唯一一種使用同種元素組成的電池系統(tǒng)，它通過(guò)不同價(jià)態(tài)釩離子之間的相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和釋放，避免了不同類物質(zhì)在電池正負(fù)極之間的相互滲透產(chǎn)生交叉污染，并且具有使用壽命長(zhǎng)，制造規(guī)模大，比能量高等優(yōu)勢(shì)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用價(jià)值。
[0004]全反液流電池的關(guān)鍵組成部分有電極、雙極板、離子交換膜和電解液，離子交換膜在釩電池中起著阻隔正負(fù)極間電解液，同時(shí)傳導(dǎo)離子，形成電池回路的作用，要求具體有阻釩性能好，電阻小，機(jī)械強(qiáng)度高，耐化學(xué)腐蝕耐氧化性能好等特點(diǎn)，是釩電池中的關(guān)鍵材料之一。目前釩電池隔膜多采用全氟磺酸離子膜，因?yàn)樗哂袃?yōu)良的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性能，但是它阻釩性能差使得釩電池自放電現(xiàn)象明顯，引起能量損失，溶脹形變大，影響釩電池的組裝密封，同時(shí)該膜價(jià)格昂貴，不利于釩電池商業(yè)化應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)一種價(jià)格低廉、形變小、阻釩性能好的離子交換膜對(duì)釩電池的商業(yè)化應(yīng)用起著非常重要的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述缺陷，通過(guò)分子設(shè)計(jì)，合成了一種磺化聚芳醚酮共聚物，其磺化度為 30%-70%。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種磺化聚芳醚酮共聚物，其結(jié)構(gòu)式含有結(jié)構(gòu)單元
【權(quán)利要求】
1.磺化聚芳醚酮共聚物，其結(jié)構(gòu)單元包括:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磺化聚芳醚酮共聚物，其特征在于:磺化聚芳醚酮共聚物的
3.—種權(quán)利要求2所述的磺化聚芳醚酮共聚物的合成方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)合成反應(yīng) 以4，4_ 二氟苯甲酮、芳香二元酚為反應(yīng)原料，在非質(zhì)子強(qiáng)極性溶劑、催化劑、脫水劑的作用下反應(yīng)得磺化聚芳醚酮共聚物，然后將共聚物采用沉淀劑沉淀析出，得到磺化聚芳醚酮共聚物； (2)精制樹(shù)脂 將合成的磺化聚芳醚酮樹(shù)脂經(jīng)過(guò)沸水水洗、干燥、再次利用有機(jī)極性溶劑溶解、沉淀、有機(jī)溶劑萃取、干燥得到精制的磺化聚芳醚酮共聚物樹(shù)脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磺化聚芳醚酮共聚物的合成方法，其特征在于:所使用的芳

香二元酚必須含有2-磺酸對(duì)苯二酚，即
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磺化聚芳醚酮共聚物的合成方法，其特征在于:所使用的芳香二元酚還含有雙酚A或雙酚F或酚酞或聯(lián)苯二酚。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-4所述的磺化聚芳醚酮共聚物的合成方法，其特征在于:所使用原料摩爾配比為:4，4-二氟苯甲酮:2_磺酸對(duì)苯二酚和芳香族二元酚:催化劑:非質(zhì)子強(qiáng)極性溶劑:脫水劑=1:1:1.0~1.2:4~5:0.5~1.0，其中催化劑為碳酸鉀、非質(zhì)子強(qiáng)極性溶劑為N-甲基吡咯烷酮、脫水劑為甲苯。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磺化聚芳醚酮共聚物的合成方法，其特征在于:所述沉淀劑為去離子水。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-6所述的磺化聚芳醚酮共聚物的合成方法，其特征在于:步驟(1)中，4、4 二氟苯甲酮、芳香族二元酚為反應(yīng)原料，在非質(zhì)子強(qiáng)極性溶劑、催化劑、脫水劑的作用下于140~160°C常壓反應(yīng)2~3小時(shí)，去除脫水劑后升溫至180-200°C常壓反應(yīng)2~4小時(shí)獲得磺化聚芳醚酮共聚物溶液。
9.釩電池用磺化聚芳醚酮離子交換膜的制備，其特征在于:將精制的磺化聚芳醚酮樹(shù)脂溶解在有機(jī)極性溶劑中，配制成磺化聚芳醚酮溶液，然后將溶液流延成型在干凈、平整的玻璃板上，最后在干燥箱中干燥得到磺化聚芳醚酮離子交換膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的釩電池用磺化聚芳醚酮離子交換膜的制備，其特征在于:磺化聚芳醚酮溶液的濃度為10%~30%，所使用溶劑為N-甲基吡咯烷酮，干燥溫度為80°C。
【文檔編號(hào)】H01M8/02GK103515634SQ201310451585
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】戴紅梅, 葛廣凱 申請(qǐng)人:南通漢瑞實(shí)業(yè)有限公司