[发明专利]质子交换膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种质子交换膜及其制备方法和应用，该质子交换膜以质量份计，包括磺化聚醚醚酮100份，离子液体3‑20份，共价有机框架材料1‑5份。该质子交换膜兼具良好的质子传导性、阻钒性能，将该质子交换膜应用在全钒液流电池中，具有能量效率高、稳定性好等优点。

技术领域

本发明涉及全钒液流电池领域，具体涉及一种质子交换膜及其制备方法和应用。

背景技术

全钒液流电池是一种清洁、高效的电池，被认为是最具有应用前景的绿色储能电池。质子交换膜是全钒液流电池的重要组成部分，但是，现有技术中的质子交换膜不能兼顾离子传导性能和阻钒性能，制约了全钒液流电池的发展。

目前离子液体具有良好的离子传导性和阻钒性能，是一种良好的质子交换膜的改性材料。专利文献CN102437349A公开了一种全钒液流电池用离子液体增强膜及其制备方法，通过将离子液体负载在聚合物以提高其阻钒性能。但是，这种将离子液体与聚合物基体共混获得的质子交换膜稳定性不佳，在长期使用过程中容易出现离子液体流失的现象，从而使质子交换膜的性能下降。

因此，如何最大限度发挥离子液体的优势，使质子交换膜的质子传导性、阻钒性在长期使用过程中具有持续优异的表现，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种质子交换膜，该质子交换膜兼具良好的质子传导性、阻钒性能和稳定性。

本发明还提供一种质子交换膜的制备方法，能够制得上述质子交换膜，且具有制备工艺简单、易操作等优点。

本发明还提供一种全钒液流电池，采用上述质子交换膜，具有能量效率高、稳定性好等优点。

本发明的一方面，提供一种质子交换膜，以质量份计，包括磺化聚醚醚酮100份，离子液体3-20份，共价有机框架材料1-5份。

根据本发明的一实施方式，磺化聚醚醚酮的磺化度为45-75％。

根据本发明的一实施方式，离子液体包括1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲烷磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的至少一种。

根据本发明的一实施方式，共价有机框架材料是由氨基单体和三醛基间苯三酚在催化剂的作用下制得，其中所述氨基单体包括对苯二胺、2,5-二氨基苯磺酸和2,5-二氨基吡啶中的至少一种。

根据本发明的一实施方式，氨基单体与三醛基间苯三酚的摩尔比为(1-3)：2。

根据本发明的一实施方式，氨基单体与催化剂的摩尔比为1：(5-15)；所述催化剂包括醋酸、对甲苯磺酸中的至少一种。

本发明的第二方面，提供上述质子交换膜的制备方法，包括：(1)向共价有机框架材料中依次加入离子液体分散液、磺化聚醚醚酮溶液，混合均匀后，制得成膜液；(2)对成膜液进行成膜处理，得到所述质子交换膜。

根据本发明的一实施方式，步骤(1)包括：先将共价有机框架在100℃下真空处理1h-3h，再将其与离子液体分散液混合，在80℃下真空处理1h-3h后，再向其中加入磺化聚醚醚酮溶液，混合均匀后，制得成膜液。

根据本发明的一实施方式，磺化聚醚醚酮溶液的质量浓度为18％-20％，且所述磺化聚醚醚酮溶液中的溶剂包括二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的至少一种。

本发明的第三方面，提供一种全钒液流电池，包括上述质子交换膜或者采用上述制备方法制得的质子交换膜。

本发明的实施，至少具有如下有益效果：