[发明专利]复合离子交换膜在碱性体系锌铁液流电池中的应用

说明书

本发明公开了一种复合离子交换膜在碱性体系锌铁液流电池中的应用，以由阴、阳离子有机高分子树脂为原料共同制备而成的复合离子交换膜。该复合离子交换莫具有制备方法简单，工艺环保等特点。与原单一阴离子有机高分子树脂或单一阳离子有机高分子树脂制备的离子交换膜相比，该类复合离子交换膜具有更高的化学稳定性和离子传导率，可有效的抑制电解质溶液的迁移问题，提高电池的循环寿命及电池性能，同时大幅降低了该体系液流电池用膜材料的生产成本。

技术领域

本发明涉及液流电池用隔膜技术领域，特别涉及一种离子交换膜在锌铁液流电池中的应用。

背景技术

液流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。碱性体系锌铁液流电池由于安全性高、稳定性好、寿命长(寿命>15年)、成本低等优点，被认为是具有很高发展潜力的一种液流电池。

电池隔膜是液流电池中的重要组成部分，它起着阻隔正、负极电解液，提供氢氧根离子传输通道的作用。膜的化学稳定性和离子传导率等将直接影响电池的电化学性能和使用寿命；因此要求膜具有较高的离子传导率和较低的面电阻，同时还应具有较好的化学稳定性和较低的成本。现在国内外使用的膜材料主要是美国杜邦公司开发的Nafion膜，Nafion膜在电化学性能和使用寿命等方面具有优异的性能，但由于价格昂贵，特别是应用于碱性体系锌铁液流电池中存在离子传导率差等缺点，从而限制了该膜的工业化应用。而与此同时，另一大类现阶段常用的膜材料为阴离子交换膜，在碱性体系中阴离子交换膜具有优异的离子传导率，但化学稳定性较差，限制了其在电池长时间运行条件下的应用。

目前开发和使用的碱性体系锌铁液流电池隔膜，均为单一离子交换膜，即膜材料仅含有单独的阴离子或阳离子离子交换基团，造成膜的离子传导性与化学稳定性上无法兼顾。

发明内容

本发明目的在于克服现有碱性体系锌铁液流电池用单一离子交换膜存在的问题，提供一种碱性体系锌铁液流电池用复合离子交换膜。能够大幅提高复合离子交换膜的离子传导性和化学稳定性，从而得到成本极其低廉、适合碱性体系锌铁液流电池用的隔膜材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

以阴离子有机高分子树脂和阳离子有机高分子树脂共同作为原料，通过流延法制备而成的复合离子交换膜；

所述阴离子有机高分子树脂为聚砜、聚酮、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚乙烯吡啶中的一种或二种以上；

所述阳离子有机高分子树脂为全氟磺酸树脂、磺化聚醚醚酮、磺化聚砜、磺化聚醚砜、磺化聚苯乙烯或聚丙烯腈中的一种或二种以上；

上述复合离子交换膜的制备方法，该方法采用如下步骤制备：

(1)将阴离子有机高分子树脂中的一种或二种以上和阳离子有机高分子树脂中的一种或二种以上共同溶解在DMSO、DMAc、NMP、DMF中的一种或二种以上的溶剂中，在温度为20～100℃下充分搅拌0.5～20h制成共混溶液；其中阴离子有机高分子树脂浓度为5～40wt％之间，阳离子有机高分子树脂浓度为10～70wt％之间；

(2)将步骤(1)制备的共混溶液倾倒在玻璃或其他耐溶剂塑料平板上，通过加热或自然风干等方法，使共混溶液中的溶剂完全挥发尽，形成致密的复合离子交换膜；

膜的厚度在10～200μm之间；