[发明专利]离子交换膜填充组合物、其制法、离子交换膜和电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年11月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0114123的权益，其公开内容通过参考全部引入本文。

技术领域

本发明的方面涉及离子交换膜填充组合物、制造离子交换膜的方法、离子交换膜、和氧化还原液流电池(redox flow battery)，和更特别地，涉及包括离子传导材料和水溶性载体(support)的离子交换膜填充组合物、通过使用所述离子交换膜填充组合物制备离子交换膜的方法、通过使用所述方法制备的离子交换膜、和包括所述离子交换膜的氧化还原液流电池。

背景技术

典型的二次电池通过将输入其中的电能转换成化学能而将所述电能转化，然后储存所述化学能。然后，在放电期间，所述电池将储存的化学能转化成电能，然后输出所述电能。

像典型的二次电池一样，氧化还原液流电池也通过将输入其中的电能转换成化学能而将所述电能转化，然后储存所述化学能。然后，在放电期间，氧化还原液流电池将储存的化学能转化成电能并输出所述电能。然而，氧化还原液流电池不同于典型的二次电池，因为，由于保持能量的电极活性物质是以液态、而不是以固态存在，因此需要用于储存电极活性物质的储罐(tank)。

详细地，在氧化还原液流电池中，阴极电解质(catholyte)和阳极电解质(anolyte)各自起电极活性物质的作用，和这些电解质的典型实例是过渡金属氧化物溶液。即，在氧化还原液流电池中，阴极电解质和阳极电解质以包括其中氧化态改变的氧化还原过渡金属的溶液的形式储存在储罐中。

此外，在氧化还原液流电池中，用于产生电能的电池单元(cell)具有阴极/离子交换膜/阳极的结构，和经由泵供应至所述电池单元的阴极电解质和阳极电解质分别接触相应的电极。在各接触表面，各电解质中包括的过渡金属离子被氧化或还原。此时，产生对应于吉布斯自由能的电动势产生。在这种情况下，电极不直接参与反应，仅帮助在阴极电解质和阳极电解质中包括的过渡金属离子的氧化/还原。

在氧化还原液流电池中，离子交换膜不参与反应，执行(i)快速地输送(transfer)构成在阴极电解质和阳极电解质之间的载流子的离子的功能，(ii)防止阴极和阳极之间的直接接触的功能，和最重要地(iii)抑制溶解在阴极电解质和阳极电解质中且直接参与反应的电解质活性离子的透过(crossover)的功能。

然而，常规的用于氧化还原液流电池的离子交换膜主要用于选择地分隔含水(aqueous)体系中的离子，且因此，在水溶液中的离子迁移率(ion mobility)特性和膜性能被优化(optimize)。然而，在非水体系即有机体系中具有优化的离子迁移率特性和膜性能的用于氧化还原液流电池的离子交换膜还未被充分地研究。

发明内容

本发明的方面提供包括离子传导材料和水溶性载体的离子交换膜填充组合物。

本发明的方面提供通过使用所述离子交换膜填充组合物制备离子交换膜的方法。

本发明的方面提供通过使用所述方法制备的离子交换膜。

本发明的方面提供包括所述离子交换膜的氧化还原液流电池。

根据本发明的一个方面，用于填充离子交换膜的组合物包括：离子传导材料；和水溶性载体。

所述离子传导材料可包括选自离子传导单体和离子传导聚合物的至少一种化合物。

所述离子传导单体可包括季铵盐。

所述离子传导聚合物可包括聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚(丙烯酰胺-共-二烯丙基二甲基氯化铵)、和聚(二甲胺-共-表氯醇-共-乙二胺)的至少一种。

所述水溶性载体可包括水溶性单体和水溶性聚合物的至少一种。

所述水溶性单体可包括乙烯醇、乙酸乙烯酯、丙烯腈、和甲基丙烯酸甲酯的至少一种。

所述水溶性聚合物可包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)、聚乙烯醇、聚(4-苯乙烯磺酸钠)的至少一种。

所述离子传导材料与所述水溶性载体的重量比可在约70:30至约30:70的范围内。

所述组合物可进一步包括至少一种溶剂。

所述溶剂可包括水、甲醇、乙醇、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、和四氢呋喃的至少一种化合物。

基于总计100重量份的所述离子传导材料和所述水溶性载体，所述溶剂的量可在约0至约100重量份的范围内。

所述组合物可进一步包括热聚合引发剂或光聚合引发剂。