《钒液流电池用离子交换膜的研究》7500字（论文） .pdf

钢液流电池用离子交换膜的研究

目录

机液流电池用离子交换膜的研究1

摘要1

关键词：全钢液流电池；两性离子交换膜2

1研究背景2

2实验2

2.1主链聚合物的制备2

2.2主链聚合物的接枝功能化5

2.3膜的性能测试6

3数及分析10

3.1膜的吸水溶胀分析10

3.2膜的核磁共振氢分析11

3.3膜的扫描电镜分析14

3.4膜的离子交换容量分析15

3.5膜的拉伸分析16

3.6膜的电池性能曲线分析17

3.7膜的面电阻及电导率分析18

3.8膜的钢离子渗透率分析18

结论19

参考文献21

摘要

以对三联苯，N-甲基哌嘘酮，三氟苯乙酮作聚合物主链，将1,3-丙烷磺酸内酯侧

链接枝到不含芳基I迷键的聚芳基哌嘘主链上，采用聚合接枝法制备两性功能化离子交换

膜，利用季铉离子Donnan效应降低钢渗透率，磺酸基团提高质子传导率，从而制备性

能优异的应用于全钢液流电池的两性膜。制备的膜具有良好的吸水溶胀及机械性能能增

满足全钢液流电池的安装及操作要求，在全钢液流电池体系的应用中体现出了良好的电

池性能，在60-200mA・cm-2下对膜的膜的电池的库伦效率(CE),电压效率(VE)和能量效

率(EE)进行了测试和研究，70-ps的CE在100mA•cm-2之后，70-ps的CE测试值均在

99以上。在60-200mAm-2的情况下100-ps的VE均高于Nafion212,在60-100mAm-2

100-ps的VE测试值均大于90;100-ps的样品表现出了非常优秀的能量效率，在

200mA•cm-2T的测试值为81。还对膜的面电阻以及电导率进行了测试，100-ps的面

电阻最小为8.767Q•cm2低于Nafion212的8.788Q•cm^

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关键词：全钢液流电池；两性离子交换膜

1研究背景

当今情况下社会资源短缺，石油资源预计还可以开采41年，天然气资源预计还可以

维持67年，地球环境遭受到破坏水土流失土地荒漠化严重，二氧化碳浓度增加，全球

变暖，海平面上升，据统计每天约有75个物种面临灭绝，在最近全球提出碳达峰，碳

中和的大背景下，全球能源架构更趋多元化，可再生能源比重持续上升，全球持续推进

电气化进程，2020年煤炭等化石能源在全球一次能源占比下降。在新能源的开发和利用

中，新能源的储存和能量转化是一个非常重要的问题，研制可以调节储存容量，能够快

速存储和释放能量，能够长时间使用且对环境造成的污染小的能量转化装置是在新能源

开发的同时也蓬勃发展起来的引起人们密切关注的关键技术之一。但是例如风能，太阳

能等能源存在间歇，不稳定，不可控的特点，为了解决这一问题将这些能源利用起来服

务于人类社会，电池便得到发展机遇，而在众多电池中全钢液流电池因为通过不同价态

的钢离子间相互转化实现电能的存储与释放，是众多化学电源中唯一使用同种元素组成

的电池系统，具有能够防止电解液交叉污染，降低运行成本，快速充放电，能量效率高，

深度放电性能良好等优点，可将不稳定的电能输入变为连续，安全可靠的输出，解决了

规模化利用太阳能，风能发电过程中的重大储能技术问题，获得了快速发展的机会。

2实验

2.1主链聚合物的制备

一般来讲，阳离子交换膜的钢离子渗透率以及水迁移比较严重，阴离子膜的质子传导

率比较低，化学稳定性差，而两性膜既具有较高的质子传导率同时还可以通过道南效应

降低钢离子渗透率，所以本实验设计制备一种钢电池用两性膜，同时共混法制备两性膜

容易在制膜过程中导致沉淀的产生，而且单体的比例受限；辐射接枝法制备条件较难且

步骤较多，同时辐射可能导致聚合物主链断裂，所以本实验设计采用合成含有阴阳离子

基团的聚合物后制膜，这种方法可以通过调节单体结构和投料比例可以控制聚合物结构,

进而对隔膜在钢电池中的性能进行调节。

本实验采用合成含有阴阳离子基团的聚合