專(zhuān)利名稱(chēng)：一種增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全釩氧化還原液流電池(VRB)用離子交換膜領(lǐng)域，特別涉及一種增 強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源、資源和環(huán)境保護(hù)間的矛盾日益突出，促使傳統(tǒng) 的能源系統(tǒng)迫切的向可再生能源轉(zhuǎn)變。
調(diào)整當(dāng)前電力能源結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)規(guī)?；蔑L(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生清潔能源，已 經(jīng)成為我國(guó)電力能源發(fā)展的基本國(guó)策。風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電過(guò)程具有不連續(xù) 和不穩(wěn)定的特點(diǎn)，需要配備蓄電儲(chǔ)能裝置，才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的電能輸出，以避免對(duì) 局部電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊而引發(fā)的大規(guī)模惡性事故。到目前為止，在世界范圍內(nèi)所開(kāi)發(fā)的新電 池技術(shù)中，全釩氧化還原液流電池(Redox flow cell)無(wú)疑是最有前途的，這種電池具有使 用規(guī)模大、壽命長(zhǎng)、能量效率高、環(huán)境友好、電流連續(xù)性好等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)全釩氧化還原 液流電池儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)中的“削峰填谷”作用，能夠緩和電力供需矛 盾，提高發(fā)電設(shè)備利用率，降低火力發(fā)電能耗。
全釩氧化還原液流電池是用V (II)/V (III)和V (IV)/V (V)氧化還原電對(duì)的H2SO4 溶液分別作正負(fù)半電池電解液的。H2SO4電離成H+和S042_，然后電解液中H+持續(xù)代替 離子交換膜中的H+，并進(jìn)入另一室電解液中，完成導(dǎo)電過(guò)程。當(dāng)放電時(shí)，電池正極電解 液中的VO2+離子被還原為VO2+離子，負(fù)極電解液中的V2+離子被氧化為V3+離子。當(dāng)充 電時(shí)，過(guò)程剛好相反。
釩電池電極反應(yīng)如下所示
正極
負(fù)極
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜，其特征在于由含有磺酸基團(tuán)的全 氟磺酸離子交換樹(shù)脂為成膜樹(shù)脂，樹(shù)脂溶解于有機(jī)溶劑中得到成膜溶液，由成膜溶液形 成全氟磺酸離子交換膜；在全氟磺酸離子交換膜中間有一層聚四氟乙烯網(wǎng)布作為增強(qiáng)材 料；或者，在兩層聚四氟乙烯網(wǎng)布中間有一層全氟磺酸離子交換膜。
2.按照權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜，其特征在于所述 全氟磺酸離子交換樹(shù)脂的成膜溶液通過(guò)涂抹、加熱與增強(qiáng)網(wǎng)牢固結(jié)合。
3.按照權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜，其特征在于所述 聚四氟乙烯網(wǎng)布是采用玻璃纖維為基材編織成網(wǎng)狀基布，再涂覆聚四氟乙烯樹(shù)脂；網(wǎng)布 的網(wǎng)格為 0.3X0.3mm-10X10mm，厚度為 0.01mm-1.2mm。
4.按照權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜，其特征在于所述 聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物，基本結(jié)構(gòu)為
5.按照權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜，其特征在于所述 全氟磺酸離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)為—[CF2-CF2]x[CF-CF2]yI[OCF2CF] ,-O(CF2)nSO3HCF3其中，X2l，Y>0, Z = 0-3，n2l。
6.按照權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜，其特征在于全氟 磺酸離子交換樹(shù)脂的交換容量為IEC = 0.67-1.3_ol/g。
7.按照權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜的制備方法，其特征在 于，具體步驟如下(1)將全氟磺酸離子交換樹(shù)脂按質(zhì)量比w= 5% -30%溶解到有機(jī)溶劑中，反應(yīng)釜加 熱至110°C-250°C保溫l_4h溶解樹(shù)脂，得到均勻、清澈的成膜溶液；(2)將制取的成膜溶液在超聲波震蕩器中震蕩30min-60min，使溶液細(xì)化并驅(qū)除其中 的微小氣泡；(3)取成膜溶液在潔凈的模具上澆鑄，加熱至80°C-12(TC，恒溫l_2h，然后再將聚 四氟乙烯網(wǎng)布平整的放在成膜溶液上，最后將剩下成膜溶液涂抹在聚四氟乙烯網(wǎng)布上， 通過(guò)加熱120°C-180°C、恒溫l_4h將溶劑蒸發(fā)、冷卻至室溫，得到的膜用蒸餾水清洗， 50-70°C烘干，得到增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜。
8.按照權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜的制備方法，其特征在 于，具體步驟如下(1)將全氟磺酸離子交換樹(shù)脂按質(zhì)量比w= 5% -30%溶解到有機(jī)溶劑中，反應(yīng)釜加 熱至110°C-250°C保溫l_4h溶解樹(shù)脂，得到均勻、清澈的成膜溶液；(2)將制取的成膜溶液在超聲波震蕩器中震蕩30min-60min，使溶液細(xì)化并驅(qū)除其中的微小氣泡；(3)將成膜溶液涂抹在一層聚四氟乙烯網(wǎng)布上，再在成膜溶液上覆蓋一層聚四氟乙烯 網(wǎng)布，通過(guò)加熱120°C _180°C、恒溫l_4h將溶劑蒸發(fā)、冷卻至室溫，得到的膜用蒸餾水 清洗，50-70°C烘干，得到增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及全釩氧化還原液流電池(VRB)用離子交換膜領(lǐng)域，特別涉及一種增強(qiáng)型釩電池用全氟磺酸離子交換膜及其制備方法。由含有磺酸基團(tuán)的全氟磺酸離子交換樹(shù)脂為成膜樹(shù)脂，樹(shù)脂溶解于有機(jī)溶劑中得到成膜溶液，由成膜溶液形成全氟磺酸離子交換膜；在全氟磺酸離子交換膜中間有一層聚四氟乙烯網(wǎng)布作為增強(qiáng)材料；或者，在兩層聚四氟乙烯網(wǎng)布中間有一層全氟磺酸離子交換膜。該膜即具有高的化學(xué)穩(wěn)定性、高的電流密度，又比全氟磺酸膜機(jī)械強(qiáng)度高、交換容量高、成本低，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的全氟磺酸離子交換膜都存在交換容量高而機(jī)械強(qiáng)度低、機(jī)械強(qiáng)度高而交換容量低的問(wèn)題，主要應(yīng)用于全釩氧化還原液流電池(VRB)。
文檔編號(hào)H01M8/02GK102024928SQ20091018756
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者嚴(yán)川偉, 劉建國(guó), 趙麗娜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所