[发明专利]一种多孔膜在中性水系有机液流电池中的应用

说明书

本发明公开了一种多孔膜在中性水系有机液流电池中的应用，所述多孔膜为引入磺酸基传导增强型复合多孔膜材料，所述引入磺酸基传导增强型复合多孔膜材料是以非反应性热塑性含氟聚合物和磺化二氧化硅为原料通过溶胶‑凝胶‑后氧化法、相转化法、熔融挤出法或流延法制备成多孔膜材料；本发明提出的多孔膜材料在中性水系有机液流电池体系中具有高化学稳定性、高的膜传导率、高离子选择性、高机械强度、低成本且制备工艺简单，应用于中性水系液流电池中表现出良好的电池性能。

技术领域

本发明属于新型液流电池隔膜及其应用技术领域，特别涉及一种多孔膜在中性水系有机液流电池中的应用。

背景技术

在能源结构调整和双碳战略下，可再生能源的利用越来越受到人们的关注，风光等新能源占比快速提高，但无论是风电、还是光伏发电都存在不连续、不稳定、不可控的缺点，“靠天吃饭”的本质难以改变。因此储能行业进入一个发展拐点，快速建设一批高效、可靠以及安全的储能电站变得极其紧迫。氧化还原液流电池技术因具有功率和能量可分开调控，不受地域环境限制，安全可靠，长周期的充放电等优点，成为目前最具前景的大规模储能技术。特别适合于太阳能和风能的化学储能装置。利用有机活性物质材料代替金属或金属氧化物的有机液流电池，是克服现有金属或金属氧化物电池系统的高成本，低储量限制及安全性差的最有希望方法。

隔膜材料作为中性水系液流电池电堆的重要组成部件之一，由于其化学稳定性、离子选择性和成本问题，很大程度上限制了中性水系液流电池的商业化应用。目前应用于液流电池电堆中的隔膜商业化程度最高的是Nafion膜。Nafion膜化学稳定性好且离子电导率高，但也存在着吸水溶胀率高、离子选择性不高、价格昂贵等问题。本发明针对目前液流电池用隔膜面临的问题，提出一种传导增强型复合多孔膜，此种多孔膜具有高化学稳定性、高薄膜传导率、高离子选择性、高机械强度、低成本且制备工艺简单，易于进行商业化规模生产。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了制备应用于中性水系有机液流电池的多孔膜，该多孔膜应用于中性水系有机液流电池中具有良好的化学稳定性、高薄膜传导率、高离子选择性以及高机械强度。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明所指多孔膜为引入磺酸基传导增强型复合多孔膜材料，所述引入磺酸基传导增强型复合多孔膜材料是以非反应性热塑性含氟聚合物和磺化二氧化硅为原料通过溶胶-凝胶-后氧化法、相转化法、熔融挤出法或流延法制备成多孔膜材料。

所述多孔膜可按如下实验过程制备：

（1）将非反应性热塑性含氟聚合物溶解在有机溶剂中，在50-100℃条件下搅拌使其完全溶解后超声处理1-5h，形成质量浓度为15-40%的聚合物溶液，然后取非反应性热塑性含氟聚合物的5-30wt%的磺化二氧化硅加入聚合物溶液，持续搅拌2-10h后，再滴入1-3滴盐酸溶液，静止0.5-1h；

（2）将步骤（1）制备好的溶液过滤后平铺在干净光滑的玻璃平板上，随后立即置于体积比为1:1的水/乙醇凝固浴中固化成复合多孔膜基体；将制备好的复合多孔膜基体保存于去离子水中继续固化1-5h；

（3）将步骤（2）中制备好的复合多孔膜材料置于50-90℃的0.5M的硫酸溶液之中水解16-26h后，用去离子水洗去残留的硫酸，得到透明的多孔膜材料；

（4）将步骤（3）多孔膜材料浸泡在1-10%过氧化氢溶液中在40-80℃下处理1-4h，然后用去离子水洗去多孔膜吸附的过量过氧化氢，并置于去离子水中保存。

进一步地，所述非反应性热塑性含氟聚合物为聚偏氟乙烯（PVDF）；所述磺化二氧化硅为（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷；所述有机溶剂为二甲基亚枫、N-甲基吡咯烷酮、N,N’-二甲基乙酰胺中的一种或二种以上。

进一步地，所述多孔膜材料的厚度为100-150μm，最优选的多孔膜基体厚度为125μm。