[发明专利]一种全钒液流电池用离子传导膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全钒液流电池用离子传导膜及其制备方法，属于全钒氧化还原液流电池(VRB)技术领域。以全氟磺酸树脂、聚偏氟乙烯(PVDF)为原料，通过有机溶剂溶解，加入导电聚合物，使其混合均匀，将均匀溶液平铺在洁净的玻璃板上，在烘箱中保温一定时间后降温得到复合膜。本发明方法工艺简单，所制备膜机械强度高、钒离子渗透率低、具有良好的化学、热稳定性，价格低廉，可适用于全钒氧化还原液流电池(VRB)。

技术领域

本发明涉及全钒氧化还原液流电池(VRB)技术领域，具体涉及一种全钒液流电池用离子传导膜及其制备方法。

背景技术

开发风能、太阳能等新能源是解决能源资源短缺的重要途径，代表着能源未来发展的方向。但受制于时间和地域依赖性，离网的风能、太阳能发电必须使用储能系统，否则很难全天候利用；而直接并网也必须采用储能系统对电网进行调峰和调频，否则会对电网功率和频率带来较大的冲击。因此高效、大规模的能量存储技术就成为其发展应用的关键核心。

钒电池(钒氧化还原液流电池/Vanadium redox flow battery)是基于VO²⁺/VO₂⁺与V²⁺/V³⁺电对的液流储能电池技术，能量存储于电解液中。与传统的蓄电池相比，钒电池可大电流快速充放电、自放电率低，实现能量的大容量存储，是满足智能电网以及风能、太阳能发电对大规模储能需求的理想储能形式。我国丰富的钒资源优势也为发展钒电池储能技术提供了条件。

全钒氧化还原液流电池是用V(II)/V(III)和V(IV)/V(V)氧化还原电对的H₂SO₄溶液分别作正负半电池电解液的。H₂SO₄电离成H⁺和SO₄^2-，然后电解液中H⁺持续代替离子交换膜中的H⁺，并进入另一室电解液中，完成导电过程。当放电时，电池正极电解液中的VO₂⁺离子被还原为VO²⁺离子，负极电解液中的V²⁺离子被氧化为V³⁺离子。当充电时，过程刚好相反。

钒电池电极反应如下所示：

正极：

负极：

钒电池发展到今天，已经达到一个比较先进的水平，但仍然有许多关键问题迫切需要解决，其中关键性材料隔膜就是其中之一。钒电池中隔膜具有隔离正、负极电解质溶液、阻止不同价态钒离子相互渗透的作用，防止正、负极电解液的交叉污染提高离子选择性，质子能自由通过，对不同价态的钒具有高选择性。目前，国内外主要采用Nafion系列膜，但其阻钒性能差，电池自放电现象较为显著，其高昂的价格也使得钒电池的成本居高不下。因此，开发一种价格低廉、阻钒性好的隔膜对钒电池的商业化应用起着非常重要的作用。

发明内容：

为了解决目前使用的全氟磺酸质子交换膜存在的钒离子透过率高、价格昂贵等问题，本发明的目的是提供一种全钒液流电池用离子传导膜及其制备方法，制备出离子传导膜的离子选择透过性好、并且成本大大降低，可适用于全钒氧化还原液流电池(VRB)。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种全钒液流电池用离子传导膜的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)将PVDF树脂(聚偏氟乙烯)加入有机溶剂中，在60～80℃条件下加热搅拌溶解，配成PVDF树脂溶液；

(2)将全氟磺酸树脂加入有机溶剂中，在200～240℃条件下加热溶解4h，配成全氟磺酸溶液；