[发明专利]一种脂基侧链水解的交联型多孔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种脂基侧链水解的交联型多孔膜及其制备方法。首先膜材料是采用甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯、苯乙烯磺酸钠、对氯甲基苯乙烯四种单体进行共聚，成膜过程中加入少量的氯化锂小分子致孔剂并用四甲基己二胺交联，后经碱性条件下水解制备纳米级多孔膜。利用聚合物中侧链丁酯在碱性条件下水解的特点，水解后膜内原来丁酯占据的空间就会空余出来，并且水解后伴随着羧酸离子传导基团的出现，大量的脂键水解增加了膜内离子传递通道的通畅性。从而大大增加了膜的离子传导性。本发明制备的纳米级多孔膜不仅具有较好的选择性和电池性能而且很大程度上减少了膜的制备成本，适合在全钒液流电池中应用。

技术领域

本发明属于全钒液流电池领域，具体涉及一种水解侧链甲基丙烯酸丁酯交联型多孔膜及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展和人类文明的进步，二十一世纪能源的消费越来越高，达到了一个新的程度。常规能源，主要基于煤、石油和天然气等化石燃料的消耗日益增加，所以世界各地的人们都在寻找替代方法来获取能量。电池比较独立，能够将化学能转化成电能，种类主要包括有燃料电池以及多种的蓄电池。但是燃料电池价格高，能量转化的净效率较低等缺点，很难实现规模储能。考虑到大规模储存电能的需要，纵观不同种类的蓄电池里，全钒氧化还原液流电池(VRB以下简称钒电池)被认为是现阶段最具有发展前景的大规模储能技术，

全钒液流电池是一种电化学储能装置，通过电解液中活性物质——钒离子的价态变化，实现电能与化学能的转化，从而实现电能的存储与释放。钒电池有诸多特点和优势，规模大、电池效率高、寿命长、成本低等。

隔膜在钒电池中既要分离正负极电解液防止电池短路，又要允许电荷载体离子通过，以保证正负两极电荷平衡并构成电池回路。理想的钒电池用离子交换膜需具备以下特点。

(1)低钒离子渗透率。钒电池的隔膜要尽量降低离子交叉污染和电池自放电，提高能量效率。

(2)高离子电导和低膜电阻，从而提高电压效率

(3)高稳定性，具有可观的机械强度及耐氧化、耐化学腐蚀性能。

(4)低的水通量，从而在充放电过程中，使得阴、阳两极电解液保持平衡。

(5)隔膜应价格低廉，能达到规模化应用的要求。

目前，离子交换膜在全钒液流电池中应用较多的质子交换膜主要是杜邦公司生产的全氟磺酸膜，即膜。但是，膜的钒渗透高、价格昂贵等缺点限制了其广泛应用，需要一种价格便宜、性能优异的膜材料来代替膜，非氟材料得到越来越多的重视。例如以聚砜为主链的咪唑化阴离离子膜，聚酰亚胺为主链的磺酸膜，以及两性的非氟膜等，这些非氟膜的出现，大大减少了膜的造价，然而，由于离子基团和主链的降解，这些膜的稳定性较差。利用多孔膜的孔径筛分作用可有效的筛分氢离子和钒离子，多孔膜中孔道的存在可以减少离子传导基团的量，进而膜的稳定性也可以有效的提高。现存多孔膜的孔径不均一，孔的形态不易控制，进一步限制膜的性能的提高。

本专利通过水解侧链甲基丙烯酸丁酯的方法制备了交联型多孔膜。利用孔径筛分作用，提高膜的选择性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明采用水解侧链法制备纳米级多孔膜，提供一种脂基侧链水解的交联型多孔膜及其制备方法，本方法制备的孔膜选择性高，有较好的电池性能。

本发明的技术方案为：

一种脂基侧链水解的交联型多孔膜，该交联型多孔膜由侧链含酯键的共聚物，经小分子致孔剂和碱性条件下水解制备得到。所述的侧链含酯键的共聚物由苯乙烯、含脂键单体、对氯甲基苯乙烯VBC单体和引发剂偶氮二异丁腈共聚制得，含脂键单体包括甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙脂。所述的小分子致孔剂为氯化锂；所述的碱水解条件中的碱为3～6mol/L的氢氧化钠和氢氧化钾。

所述的交联型多孔膜的化学结构式如下所示：