[发明专利]一种复合膜及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种液流储能电池用复合膜材料，特别涉及此类膜在液流储能电池中的应用。

背景技术

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(Vanadium flow battery,VFB)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，被认为具有良好的应用前景。

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(即有较高的离子选择性)和较低的面电阻(即有较高的离子传导性)。所制备电池隔膜的离子选择性和离子传导性往往存在矛盾，很难同时得到提高，因此化解离子选择性和离子传导性之间的矛盾，同时提高离子选择性和离子传导性，进而提高其VFB性能，具有重要的实用意义。炭黑是一种无定形碳，表面积大，具有较好的吸液能力。因此，在VFB隔膜的研发中，通过共混的方法将炭黑均匀分布于隔膜中，使隔膜充分吸收电解液，有利于离子在隔膜中的传导，进而提高其离子传导性，得到更优的电池性能。

发明内容

本发明目的在于提高电池隔膜的离子传导性，提供一种液流储能电池用复合膜及其应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种液流储能电池用复合膜，以由有机高分子树脂中的一种或二种以上和炭黑为原料，通过共混的方法制备形成复合膜。

所述用于制备有孔膜基体的高分子树脂为聚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚酮类、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯并咪唑、聚乙烯吡啶、磺化聚砜、磺化聚酰亚胺、磺化聚醚酮类、磺化聚苯并咪唑。

所述复合膜的膜孔径尺寸为0.05～20nm，孔隙率为20～50％。

上述复合膜的制备方法，该方法采用如下步骤制备：

(1)将有机高分子树脂和炭黑溶解在有机溶剂中，在温度为20～100℃下充分搅拌0.5～10h制成共混溶液；其中有机高分子树脂和炭黑的浓度为5～70wt％之间，炭黑占复合膜总质量的1～50wt％；

上述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0～50wt％；

(2)将步骤(1)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，挥发溶剂0～60秒，然后将其整体浸渍入树脂的不良溶剂中5～600s，在-20～100℃温度下制备成复合膜；膜的厚度在20～500μm之间。

所述有机溶剂为DMSO、DMAC、NMP、DMF中的一种或二种以上；所述易挥发性非溶剂为甲醇、四氢呋喃或正己烷中一种或二种以上，树脂的不良溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的一种或二种以上。

这种复合膜用于液流储能电池，包括全钒液流储能电池、锌/溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、铁/铬液流电池、钒/溴液流电池或锌/铈液流电池。

本发明的有益结果为：

(1)本发明通过共混复合的方法，进一步提高膜的离子传导性，从而使膜在VFB应用中具有更好的综合性能。

(2)本发明制备的复合膜，孔径可调，炭黑的加入量可控。通过调变上述参数，可实现电池性能的可控调节。

本发明通过采用共混的方法将炭黑平均分布于聚合物隔膜中，使所制得的复合膜对电解液的浸润能力更强，提高了离子传导性，得到电池综合性能更佳的隔膜材料。

该类复合膜制备方法简单，工艺环保，具有较好的离子选择性和离子传导性，以此组装的全钒液流电池具有更高的效率。

附图说明：

图1为实施例1所制备的膜在VFB中的充放电曲线

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1

8克聚醚砜和2克炭黑溶于50mLDMAc中，搅拌5小时，形成的聚合物溶液，平铺于玻璃板，然后迅速浸入5L水中，固化时间10分钟，形成复合膜，膜厚度为180μm。