CN107591510A - 一种隔膜在全钒液流电池中的应用 - Google Patents

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史丁秦
李先锋
张华民
段寅琦
李丹
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Abstract

本发明涉及一种隔膜在全钒液流电池中的应用，以聚偏氟乙烯和辅助原料共混成膜后；所述辅助原料包括磺化聚醚醚酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或二种以上。本发明所制隔膜成本低、效率高、稳定性好；本发明制膜工艺简单可控，适于大规模生产；可根据液流电池的需要，调节主原料与辅助原料的质量比，进而达到使用要求。

Description

一种隔膜在全钒液流电池中的应用
技术领域
本发明涉及一种隔膜在液流电池中的应用，特别涉及其在全钒液流电池领域中的应用。
背景技术
环境污染问题和化石能源日益短缺，促使可再生能源受到世界各国的广泛关注。风能、太阳能等可再生能源因受昼夜、季节和地域等影响，所发电力不连续、不稳定、弃风弃光率高。因此，储能技术是实现可再生能源电力普及、保障电网电力品质的关键技术。在众多的储能技术中，液流电池技术因其特有的优势适用于大规模储能领域。
在液流电池系统中，隔膜是电池的关键材料，起到阻隔正负极电解液保持液流电池容量并防止短路的作用。Nafion膜凭借其电池性能的优势受到了广泛地使用，但是其昂贵的价格给液流电池产业化的推广增加了很大的阻力。因此，开发低成本、高效率、高稳定性的电池隔膜，是降低电池成本、提升电池性能的重要途径之一。
发明内容
为解决上述技术问题，拓宽液流电池用隔膜，本发明采用如下的技术方案：
一种隔膜在全钒液流电池中的应用，以聚偏氟乙烯和辅助原料共混成膜后再经过水相转化处理得到所需隔膜；
所述辅助原料为磺化聚醚醚酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或二种以上。
聚偏氟乙烯和辅助原料的质量比为(1:1)-(10:1)。
所述的隔膜的厚度为20-100μm。
所述隔膜可按如下过程制备而成：
1)将聚偏氟乙烯和辅助原料溶解在有机溶剂中，得到铸膜液质量浓度为10-50％之间；聚偏氟乙烯和辅助原料的质量比为1:1-10:1。
2)将制备好的铸膜液放在50-70℃热台上静置12-48h，挥发溶剂成膜。
3)步骤2)中的膜浸泡于水中10-60min，温度10-50℃，经水相转化处理得到所需隔膜。
所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、四甘醇二甲醚，二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、碳酸二甲酯中的一种或二种以上。
本发明的有益结果
1、本发明所制隔膜中的辅助原料均为易成膜，且极易溶解于水的材料，应用于水系液流电池中，运行一段时间后，辅助原料会随之溶解，使其隔膜内部成孔。
2、本发明的隔膜成本低、效率高、稳定性好；
3、本发明制膜工艺简单可控，适于大规模生产；
4、可根据液流电池的需要，调节主原料与辅助原料的质量比，进而达到使用要求。
附图说明
图1为实施例1制备的膜在工作电流密度为80mAcm-2条件下恒流充放电，电池稳定性效果图。
具体实施方式
以下的实施例是对本发明的进一步说明，并不是限制本发明的范围。
全钒液流电池测试条件为：其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为9cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。在工作电流密度为80mAcm-2条件下恒流充放电。
实施例1
将聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，得到铸膜液浓度为15％，其中聚偏氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1。将制备好的铸膜液放在50℃热台上静置12h,采用溶剂挥发法制膜，膜厚为50μm；将所得的膜浸泡在水中，10min后取出待用。
将制成的膜进行液流电池测试，本发明以全钒液流电池为例，如图1，在工作电流密度为80mAcm-2条件下恒流充放电，库仑效率为95％，能量效率为84.5％。
实施例2
将聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，得到铸膜液浓度为15％，其中聚偏氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为3:2。将制备好的铸膜液放在50℃热台上静置12h,采用溶剂挥发法制膜，膜厚为50μm；将所得的膜浸泡在水中，10min后取出待用。
将制成的膜进行液流电池测试，本发明以全钒液流电池为例。在工作电流密度为80mAcm-2条件下恒流充放电，库仑效率为98％，能量效率为87％。
实施例3
将聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，得到铸膜液浓度为25％，其中聚偏氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1。将制备好的铸膜液放在50℃热台上静置12h,采用溶剂挥发法制膜，膜厚为50μm；将所得的膜浸泡在水中，10min后取出待用。
将制成的膜进行液流电池测试，本发明以全钒液流电池为例。在工作电流密度为80mAcm-2条件下恒流充放电，库仑效率为97％，能量效率为85％。
实施例4
将聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，得到铸膜液浓度为25％，其中聚偏氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为3:2。将制备好的铸膜液放在50℃热台上静置12h,采用溶剂挥发法制膜，膜厚为50μm；将所得的膜浸泡在水中，10min后取出待用。
将制成的膜进行液流电池测试，本发明以全钒液流电池为例。在工作电流密度为80mAcm-2条件下恒流充放电，库仑效率为98.5％，能量效率为87.5％。
实施例5
将聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，得到铸膜液浓度为35％，其中聚偏氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1。将制备好的铸膜液放在50℃热台上静置12h,采用溶剂挥发法制膜，膜厚为50μm；将所得的膜浸泡在水中，10min后取出待用。
将制成的膜进行液流电池测试，本发明以全钒液流电池为例。在工作电流密度为80mAcm-2条件下恒流充放电，库仑效率为98.5％，能量效率为88％。
实施例6
将聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，得到铸膜液浓度为35％，其中聚偏氟乙烯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为3:2。将制备好的铸膜液放在50℃热台上静置12h,采用溶剂挥发法制膜，膜厚为50μm；将所得的膜浸泡在水中，10min后取出待用。
将制成的膜进行液流电池测试，本发明以全钒液流电池为例。在工作电流密度为80mAcm-2条件下恒流充放电，库仑效率为99％，能量效率为87％。
对比例
将商业化的Nafion115膜进行全钒液流电池测试。在工作电流密度为80mAcm-2条件下恒流充放电，库仑效率为94.5％，能量效率为83％。
根据对比可看出，本发明所制膜在液流电池中表现出了低成本、高效率、高稳定性的优点，为液流电池的发展提供了有利条件。

Claims (5)

1.一种隔膜在全钒液流电池中的应用，其特征在于：以聚偏氟乙烯和辅助原料共混成膜后再经过水相转化处理得到所需隔膜；
所述辅助原料为磺化聚醚醚酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或二种以上。
2.根据权利要求1所述应用，其特征在于：
聚偏氟乙烯和辅助原料的质量比为(1:1)-(10:1)。
3.根据权利要求1所述应用，其特征在于：所述的隔膜的厚度为20-100μm。
4.根据权利要求1所述应用，其特征在于：所述隔膜可按如下过程制备而成：
1)将聚偏氟乙烯和辅助原料溶解在有机溶剂中，得到铸膜液质量浓度为10-50％之间；聚偏氟乙烯和辅助原料的质量比为1:1-10:1；
2)将制备好的铸膜液放在50-70℃热台上静置12-48h，挥发溶剂成膜；
3)步骤2)中的膜浸泡于水中10-60min，温度10-50℃，经水相转化处理得到所需隔膜。
5.根据权利要求4所述应用，其特征在于：所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、四甘醇二甲醚，二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、碳酸二甲酯中的一种或二种以上。
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