專利名稱：含交聯(lián)基團(tuán)的磺化聚芳醚類聚合物離子交換膜及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含交聯(lián)基團(tuán)的磺化聚芳醚類聚合物離子交換膜及其在酸性電解 液液流儲(chǔ)能電池中的應(yīng)用，特別涉及該類聚合物離子交換膜在全釩液流儲(chǔ)能電池中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
含有酸性電解液的液流儲(chǔ)能電池是一種電化學(xué)儲(chǔ)能新技術(shù)，具有能量轉(zhuǎn)換效率 高、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、安全環(huán)保、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是大 規(guī)模高效儲(chǔ)能技術(shù)的首選技術(shù)之一。特別是全釩液流儲(chǔ)能電池由于安全性高、穩(wěn)定性好、效 率高、壽命長(壽命> 15年)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是液流儲(chǔ)能電池中最有前景和代表性 的一種儲(chǔ)能電池，可以廣泛應(yīng)用于風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電儲(chǔ)能、應(yīng)急電源系統(tǒng)、備 用電站和電力系統(tǒng)削峰填谷等方面。離子交換膜是全釩液流儲(chǔ)能電池的重要組成部分，它起著阻隔正、負(fù)極電解液，提 供質(zhì)子傳輸通道的作用。離子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性、化學(xué)穩(wěn)定性和離子選擇性等直接影響 釩電池的電化學(xué)性能和使用壽命；因此要求膜具有較低的活性物質(zhì)滲透率(即有較高的選 擇性)和較低的面電阻(即有較高的離子傳導(dǎo)率)，同時(shí)還應(yīng)具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和較低 的成本。現(xiàn)在國內(nèi)外使用的膜材料主要是美國杜邦公司開發(fā)的Nafion膜，Nafion膜在電 化學(xué)性能和使用壽命等方面具有優(yōu)異的性能，但應(yīng)用于全釩液流儲(chǔ)能電池中存在離子選擇 性低，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，從而限制了該膜的工業(yè)化應(yīng)用。因此，開發(fā)具有高選擇性、高穩(wěn)定性 和低成本的離子交換膜至關(guān)重要。磺化聚芳醚類高分子膜材料具有良好的熱性能、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性以及較高 的質(zhì)子傳導(dǎo)性，在燃料電池中得到了廣泛應(yīng)用。此外，被廣泛研究的高分子材料還有聚苯并 咪唑(PBI)、聚砜(PQ、聚酰亞胺(PI)、聚醚砜(PEQ等，這些化合物均可以在其芳香苯環(huán)上 通過選擇適宜的磺化劑和磺化條件引入磺酸基團(tuán)，使其具H+傳導(dǎo)能力。雖然以上所述的高 分子膜材料在燃料電池中得到了廣泛應(yīng)用，但在液流電池中鮮有報(bào)道，主要是由于這些膜 材料在全釩液流儲(chǔ)能電池環(huán)境中氧化穩(wěn)定性的問題。為了提高非氟膜的氧化穩(wěn)定性，可以在聚合物主鏈中引入一些可交聯(lián)的基團(tuán)，通 過交聯(lián)結(jié)構(gòu)提高膜的氧化穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于酸性電解液液流儲(chǔ)能電池，具有良好的氧化穩(wěn) 定性，成本較低的含交聯(lián)基團(tuán)的磺化聚芳醚類聚合物離子交換膜材料，并應(yīng)用于酸性電解 液液流儲(chǔ)能電池中。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種含有交聯(lián)基團(tuán)的磺化聚芳醚類聚合物離子交換膜，所述聚合物結(jié)構(gòu)通式如 下
權(quán)利要求
1. 一種含有交聯(lián)基團(tuán)的磺化聚芳醚類聚合物離子交換膜，所述聚合物結(jié)構(gòu)通式如下
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子交換膜，其特征在于，所述離子交換膜采用如下步驟進(jìn) 行制備(1)將權(quán)利要求1所述的含有交聯(lián)基團(tuán)的磺化聚芳醚類聚合物溶解于DMF、DMAC、DMS0、 NMP的一種或者多種溶劑，溶解溫度在20 80°C，制成聚合物溶液，其中聚合物在溶液中的 質(zhì)量百分含量為5-20wt% ；(2)將步驟(1)得到的聚合物溶液澆鑄于玻璃板或不銹鋼板上，在60 100°C下干燥 5h以上，然后在80 150°C下真空干燥Ih以上成膜，膜的厚度在10 200 μ m之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于權(quán)利要求1所述磺化聚芳醚類聚合物離 子交換膜用于酸性電解液液流儲(chǔ)能電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于應(yīng)用前，將制備的磺化聚芳醚類聚合物 離子交換膜浸入濃度在0. l-25mol/L的強(qiáng)酸溶液中，浸泡時(shí)間0. 05-1000h,溶液溫度為 5-100°C ；所述強(qiáng)酸為硫酸、磷酸、硝酸或鹽酸。
5.按照權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于所述酸性電解液液流儲(chǔ)能電池包括全釩 液流儲(chǔ)能電池、鐵鉻液流儲(chǔ)能電池、鋅溴液流儲(chǔ)能電池、釩溴液流儲(chǔ)能電池或釩鈰液流儲(chǔ)能 電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含交聯(lián)基團(tuán)磺化聚芳醚類聚合物離子交換膜以及在酸性電解液液流儲(chǔ)能電池中的應(yīng)用。本發(fā)明涉及的離子交換膜制備條件溫和，易于批量生產(chǎn)。制備的離子交換膜具有優(yōu)良力學(xué)性能的同時(shí)，在全釩液流儲(chǔ)能電池中具有優(yōu)良的質(zhì)子傳導(dǎo)性和優(yōu)異的阻隔釩離子滲透性能。另外，通過交聯(lián)反應(yīng)可進(jìn)一步提高該類膜的化學(xué)穩(wěn)定性和阻釩性能。
文檔編號(hào)C08G65/40GK102120874SQ201010583930
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者史丁秦, 張華民, 張洪章, 李先鋒 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所, 大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司