CN112447994A - 一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用 - Google Patents

一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112447994A
CN112447994A CN201910800328.4A CN201910800328A CN112447994A CN 112447994 A CN112447994 A CN 112447994A CN 201910800328 A CN201910800328 A CN 201910800328A CN 112447994 A CN112447994 A CN 112447994A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ion
membrane
cpvc
prepared
flow battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910800328.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112447994B (zh
Inventor
鲁文静
李先锋
张华民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongke Energy Materials Technology Dalian Co ltd
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201910800328.4A priority Critical patent/CN112447994B/zh
Publication of CN112447994A publication Critical patent/CN112447994A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112447994B publication Critical patent/CN112447994B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0226—Composites in the form of mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0221—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • H01M2300/0005—Acid electrolytes
    • H01M2300/0011—Sulfuric acid-based
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用。所述的离子传导膜由氯化聚氯乙烯和离子交换树脂共混后通过溶剂挥发法固化制备而成。氯化聚氯乙烯的引入显著提高非氟离子传导膜由于离子交换基团的引入带来的膜稳定性下降的问题，共混膜兼具有高离子传导性，同时又具有较高的阻钒能力和化学稳定性的离子传导膜。

Description

一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用
技术领域
本发明涉及液流电池用隔膜，特别涉及一种含氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用。
背景技术
近年来，可再生清洁能源的使用呼声越来越高，可是风能、太阳能等可再生能源发电受季节、气象和地域条件的影响，具有明显的不连续、不稳定性。发出的电力波动较大，可调节性差。进而将可能对电网产生较大冲击。因此，随着风能、太阳能等可再生能源和智能电网产业的迅速崛起，储能技术成为万众瞩目的焦点。大规模储能技术被认为是支撑可再生能源普及的战略性技术，得到各国政府和企业界的高度关注。
储能技术包括物理储能和化学储能两大类。物理储能包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等。化学储能主要包括铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂离子电池等。然而各种储能技术都有其适宜的应用领域，适合大规模储能的化学储能技术主要包括液流电池、钠硫电池、铅酸电池、锂离子电池。综合考虑各种储能技术的优缺点，液流电池储能技术受到了更为广泛地关注。
在液流电池中，离子传导膜是电池的重要组成部分，在电池成本中所占比例较高。因此，开发成本低、性能高且稳定性好的电池用离子传导膜，是降低电池成本、提升电池性能的重要途径之一。
全氟磺酸膜(Nafion)由于具有较高的离子传导率以及优异的化学稳定性和机械强度，作为隔膜被广泛应用于燃料电池、水电解制氢、电化学合成等领域，应用于液流电池中虽然具有较高的离子传导率，但是钒离子透过率较高，导致其容量保持率较低。非氟离子交换膜相对Nafion膜阻钒性能虽然有所提高，但是非氟离子交换膜中离子交换基团的引入导致膜的稳定性极差，如何开发一种兼具有高离子传导性，同时又具有较高的阻钒能力和化学稳定性的离子传导膜是本领域技术人员一直致力于解决的问题。
发明内容
本发明为解决非氟离子交换膜中离子交换基团的引入带来的膜稳定性下降的问题，开发一种兼具有高离子传导性，同时又具有较高的阻钒能力和化学稳定性的离子传导膜。
为实现上述目的，提供一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜，所述的离子传导膜由氯化聚氯乙烯和离子交换树脂共混后通过溶剂挥发法固化制备而成。
所述的氯化聚氯乙烯溶于有机溶剂且在有机溶剂中因不解离或解离系数低而不反应；所述的离子交换树脂能溶于有机溶剂且在有机溶剂中因不解离或解离系数低而不反应，且其在酸性电池环境下具有较高的离子传导率。
氯化聚氯乙烯和离子交换树脂的质量比为1:5至5:1，优选1:2至2:1。
所述的离子交换树脂为含有磺酸基团的有机高分子树脂(有机高分子树脂的磺化度为20-90％，优选60-80％)、侧链含季铵基团的有机高分子树脂(有机高分子树脂的季铵化度为80-100％，优选90-100％)和主链含季铵基团的有机高分子树脂(季铵化度为100％)中的一种或二种以上；
含有磺酸基团的有机高分子树脂的主链为聚醚醚酮、聚亚芳基醚酮、聚(亚芳基硫醚酮)、聚(芴基醚酮)、聚(四甲基二苯醚酮)、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚芳硫醚砜、聚芳醚砜、聚酰亚胺、聚芳醚酮、聚(苯乙烯-b-乙烯-co-丁烯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物、聚芳醚、聚吡咯中的一种或二种以上；
侧链含季铵基团的有机高分子树脂的主链为聚乙烯、聚砜、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯中的一种或两种以上。优选主链为聚砜、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯。
含有磺酸基团的有机高分子树脂为磺化聚醚醚酮、磺化聚亚芳基醚酮、磺化聚(亚芳基硫醚酮)、磺化聚(芴基醚酮)、磺化聚(四甲基二苯醚酮)、磺化聚苯乙烯、磺化聚苯硫醚、磺化聚砜、磺化聚醚砜、磺化聚芳硫醚砜、磺化聚芳醚砜、磺化聚酰亚胺、磺化聚芳醚酮、磺化聚(苯乙烯-b-乙烯-co-丁烯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物、磺化聚芳醚、磺化聚吡咯中的一种或二种以上；
侧链含季铵基团的有机高分子树脂为聚乙烯吡咯烷酮、季铵化聚砜、季铵化聚醚砜、季铵化聚甲基丙烯酸甲脂、季铵化聚苯乙烯中的一种或两种以上。
主链含季铵基团的有机高分子树脂的为聚乙烯亚胺、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚吡咯、聚胺、聚苯并咪唑中的一种或两种以上。
氯化聚氯乙烯的氯化度(含氯总量的质量分数)为60-75％，优选65-72％；聚合度为1000-10000。
通过调节所述氯化聚氯乙烯的氯化度，或者调节离子交换树脂的磺化度或季铵化度，或者调节离子交换树脂的浓度，或者调节离子传导膜的厚度，所述氯化聚氯乙烯离子传导膜的离子传导率可调。
离子传导膜是通过将氯化聚氯乙烯和离子交换树脂溶于有机溶剂中，经过溶剂蒸发法固化制备而成；
步骤如下：
(1)将氯化聚氯乙烯和离子交换树脂溶解在有机溶剂中，在温度为10-40℃下充分搅拌10-120h制成共混溶液；其中氯化聚氯乙烯的质量浓度为5-25％(优选10-20％)之间，离子交换树脂的质量浓度为5-25％(优选10-20％)之间；
(2)将步骤(1)制备的共混溶液倾倒在无纺布基底或直接倾倒在玻璃板上，然后在20-200℃温度下蒸干溶剂；于无纺布基底或直接倾倒在玻璃板上所制备的离子传导膜的厚度为35-70μm(优选40-60μm)之间；
(3)将步骤(2)中所得到的膜浸于水中，温度10-80℃，时间1h以上，制得在液流电池中应用的氯化聚氯乙烯离子传导膜。
溶剂挥发时间不少于10分钟。
所述有机溶剂可以为DMAC、NMP、DMF中的一种或两种以上。
氯化聚氯乙烯离子传导膜应用液流电池中。
包括但不限于全钒液流电池、锌/溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、铁/铬液流电池、钒/溴液流电池或锌/铈液流电池。更适用于酸性电解质溶液的液流电池。
所述氯化聚氯乙烯离子传导膜应用于液流电池中，所述液流电池包括全钒液流电池、锌/溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、铁/铬液流电池、钒/溴液流电池或锌/铈液流电池，但也并不局限于这几种液流电池。更适用于酸性电解质溶液的液流电池。
本发明的有益结果：
1、本发明首次提出将氯化聚氯乙烯为原料制备离子传导膜并应用于液流电池领域中；稳定性极高的氯化聚氯乙烯的引入有效地解决了非氟离子交换膜中由于离子交换基团的引入带来的膜稳定性下降的问题，同时通过调节离子交换树脂浓度和离子交换基团的含量提高离子传导性，提供了一种兼具有高离子传导性和离子选择性的共混膜，并且化学稳定性高的离子传导膜。
2、氯化聚氯乙烯(简称CPVC)随着含氯度的增加，由于分子键的不规则性增加，分子键极性增加，分子间作用力增强，使树脂的溶解性增大，化学稳定性增加，从而提高了材料的耐热性、耐酸、碱、盐、氧化剂等的腐蚀。提高了树脂的热变形温度的机械性能。
3、氯化聚氯乙烯离子传导膜机械强度高、成本低、效率高、稳定性好；
4、制膜工艺简单可控，适于大规模生产；
5、可根据液流电池的需要，调节氯化聚氯乙烯离子传导膜的离子传导率；
6、本发明拓宽了液流电池离子传导膜的选择范围。
附图说明
图1实施例1CPVC离子传导膜与商业化Nafion 115膜的效率对比图；
图2实施例1CPVC离子传导膜与商业化Nafion 115膜的容量保持对比图；
图3实施例1CPVC离子传导膜的循环稳定性图。
具体实施方式
本发明所制氯化聚氯乙烯(CPVC)离子传导膜可应用于钒基液流电池、锌基液流电池等领域。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。
实施例1(优选)
先将CPVC(氯化度72％)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP，季铵化度100％)溶解在有机溶剂中，在25℃下充分搅拌48h制成共混溶液；其中CPVC的质量浓度为10％，PVP的质量浓度为15％；然后将所制备的CPVC/PVP共混溶液直接倾倒在玻璃板上，在25℃下蒸干溶剂；最后将玻璃板浸于水中，温度25℃，时间1h，制得在液流电池中应用的CPVC离子传导膜，CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与商业化全氟磺酸膜Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。所制备的CPVC离子传导膜的面电阻如表1所示，低于具有优异传导性的Nafion 115膜的面电阻，表明所制备的离子传导膜具有高离子传导率；所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率如表1所示，低于Nafion115膜的钒离子透过率，表明所制备的离子传导膜具有优良的离子选择性。
利用所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50molL-1，H2SO4浓度为3mol L-1。所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率为98.89％，电压效率为89.63％，能量效率为88.63％，均高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的效率(表2和图1)。100个循环内，所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为96％，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率(表2和图2)。且所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池可以连续稳定运行300个循环以上，性能没有明显衰减，显示出优异的稳定性(图3)。
实施例2
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于PVP的质量浓度为5％，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本实施例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于Nafion 115膜的面电阻，但高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜的面电阻，表明CPVC离子传导膜中离子交换树脂含量的下降降低了膜的离子传导率(表1)；本实施例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的钒离子透过率，表明CPVC离子传导膜中离子交换树脂含量的降低提高了膜的离子选择性(表1)。
利用本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率为99.16％，高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为88.51％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜的电压效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为87.77％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜的能量效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为97％，高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率(表2)。且本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池可以连续稳定运行300个循环以上，性能没有明显衰减，显示出优异的稳定性。
实施例3
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于PVP的质量浓度为25％，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本实施例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的面电阻，表明CPVC离子传导膜中离子交换树脂含量的升高提高了膜的离子传导率(表1)；本实施例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜的钒离子透过率，低于Nafion 115膜的钒离子透过率，表明CPVC离子传导膜中离子交换树脂含量的升高降低了膜的离子选择性，但是离子导电性提高(表1)。
利用本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率为97.16％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库伦效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为89.83％，高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为87.28％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜的能量效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为93％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率(表2)。且本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池可以连续稳定运行200个循环以上，性能没有明显衰减，显示出优异的稳定性。
实施例4
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于CPVC的质量浓度为25％，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本实施例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于Nafion 115膜的面电阻，高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜的面电阻，表明CPVC离子传导膜中CPVC含量的升高降低了膜的离子传导率(表1)；本实施例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的钒离子透过率，表明CPVC离子传导膜中CPVC含量的升高提高了膜的离子选择性(表1)。
利用本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率为99.35％，高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为88.43％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的电压效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为87.86％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的能量效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为97％，高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率(表2)。且本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池可以连续稳定运行300个循环以上，性能没有明显衰减，显示出优异的稳定性。
实施例5(优选)
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所采用的离子交换树脂为磺化聚醚醚酮(SPEEK，磺化度为75％)，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本实施例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于Nafion 115的面电阻，表明所制备的CPVC离子传导膜具有高离子传导率(表1)；本实施例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率低于Nafion 115膜的钒离子透过率，表明CPVC离子传导膜具有高离子选择性(表1)。
利用本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率为98.74％，电压效率为89.93％，能量效率为88.80％，均高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的效率(表2)。100个循环内，本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为96％，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率(表2)。且本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池可以连续稳定运行300个循环以上，性能没有明显衰减，显示出优异的稳定性。
实施例6
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所采用的离子交换树脂为SPEEK，SPEEK的磺化度为85％。所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例5所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本实施例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于实施例5制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115的面电阻，表明CPVC离子传导膜中离子交换树脂磺化度的升高提高了膜的离子传导率(表1)；本实施例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率高于实施例5制备的CPVC离子传导膜钒离子透过率，低于Nafion 115膜的钒离子透过率，表明CPVC离子传导膜中离子交换树脂磺化度的升高降低了膜的离子选择性(表1)。
利用本实施例所制备的离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率97.53％，低于实施例5制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库伦效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为90.08％，高于实施例5制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的低于效率；能量效率为87.86％，低于实施例5制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的能量效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为94％，低于实施例5制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率(表2)。且本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池可以连续稳定运行250个循环以上，性能没有明显衰减，显示出优异的稳定性。
实施例7(优选)
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所采用的离子交换树脂为季铵化聚醚砜(QAPES，季铵化度为95％)，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本实施例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于Nafion 115的面电阻，表明所制备的CPVC离子传导膜具有高离子传导率(表1)；本实施例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率低于Nafion 115膜的钒离子透过率，表明CPVC离子传导膜具有高离子选择性(表1)。
利用本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率为98.97％，电压效率为88.86％，能量效率为87.94％，均高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的效率(表2)。100个循环内，本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为95％，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率(表2)。且本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池可以连续稳定运行300个循环以上，性能没有明显衰减，显示出优异的稳定性。
实施例8
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所采用的离子交换树脂为QAPES，其季铵化度为85％，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例7所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本实施例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于实施例7所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115的面电阻，表明所制备的CPVC离子传导膜中离子交换树脂季铵化度的升高提高了膜的离子传导率(表1)；本实施例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率高于实施例7所制备的CPVC离子传导膜的钒离子透过率，低于Nafion 115膜的钒离子透过率，表明所制备的CPVC离子传导膜中离子交换树脂季铵化度的升高降低了膜的离子选择性(表1)。
利用本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率为98.01％，低于实施例7所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库仑效率；电压效率为88.41％，高于实施例7所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为86.65％，低于实施例7所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的能量效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为94％，低于实施例7所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率(表2)。且本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池可以连续稳定运行300个循环以上，性能没有明显衰减，显示出优异的稳定性。
实施例9
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所采用的CPVC的氯化度为60％，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本实施例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜的面电阻，低于Nafion 115膜的面电阻，表明CPVC氯化度的下降降低了膜的离子传导率(表1)；本实施例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的钒离子透过率，表明CPVC氯化度的下降提高了膜的离子选择性(表1)。
利用本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率99.26％，高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为88.02％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的电压效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为87.37％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的能量效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本实施例所制备的膜组装的全钒液流电池的容量保持率为97％，高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率(表2)。且本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池可以连续稳定运行300个循环以上，性能没有明显衰减，显示出优异的稳定性。
实施例10
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所制备的CPVC离子传导膜厚度为65μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本实施例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于Nafion 115膜的面电阻，但高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜的面电阻，表明CPVC离子传导膜厚度的升高降低了膜的离子传导率(表1)；本实施例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion115膜的钒离子透过率，表明CPVC离子传导膜厚度的升高提高了膜的离子选择性(表1)。
利用本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率为99.31％，高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜和Nafion115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为88.47％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的电压效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为87.86％，低于实施例1所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的能量效率，高于Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为97％，高于实施例1所制备的CPVC离子传导膜组装和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率(表2)。且本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池可以连续稳定运行300个循环以上，性能没有明显衰减，显示出优异的稳定性。
对比例1
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于PVP的质量浓度为30％，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本对比例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的面电阻，表明本对比例所制备的离子传导膜具有更高的离子传导率(表1)；本对比例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率高于实施例1-4所制备的CPVC膜离子传导膜和Nafion115的钒离子透过率，表明本对比例所制备CPVC离子传导膜具有更低的离子选择性(表1)。
利用本对比例所制备的离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率为86.18％，低于实施例1-4所制备的CPVC膜子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为90.11％，高于实施例1-4所制备的CPVC膜离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为77.66％，低于实施例1-4所制备的CPVC膜离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本对比例所制备的膜组装的全钒液流电池的容量保持率为46％，低于实施例1-4所制备的CPVC膜离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率，稳定性很差(表2)。
对比例2
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于PVP的质量浓度为1％，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本对比例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻高于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115的面电阻，表明本对比例所制备CPVC离子传导膜具有更低的离子传导率，因为膜中过低的离子交换树脂含量使膜的离子传导能量下降(表1)；本对比例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率低于实施例1-4所制备的CPVC膜离子传导膜和Nafion 115的钒离子透过率，本对比例所制备的离子传导膜具有更高的离子选择性，因为CPVC离子传导膜中过低的离子交换树脂含量使膜阻隔正负极电解液中钒离子互穿的能力下降(表1)。
利用本对比例所制备的离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率为99.41％，高于实施例1-4所制备的CPVC膜离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为75.27％，低于实施例1-4所制备的CPVC膜离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为76.89％，低于实施例1-4所制备的CPVC膜离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本对比例所制备的膜组装的全钒液流电池的的容量保持率为98％，高于实施例1-4所制备的CPVC膜离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率。但是本对比例所制备的CPVC离子传导膜的离子传导率太低，无法满足全钒液流电池的需求(表2)。
对比例3
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于CPVC的质量浓度为40％，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本对比例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻高于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的面电阻，表明本对比例所制备的CPVC离子传导膜具有更低的离子传导率，因为膜中过高的CPVC含量使膜的离子传导能量下降(表1)；本对比例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率低于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115的钒离子透过率，表明本对比例所制备CPVC离子传导膜具有更高的离子选择性，因为膜中高的CPVC含量使膜的离子选择性上升(表1)。
利用所本对比例所制备的离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率谓99.38％，高于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为80.05％，低于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为79.55％，低于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本对比例所制备的膜组装的全钒液流电池的的容量保持率为97％，高于实施例1-4所制备的CPVC膜离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率。但是本对比例所制备的CPVC离子传导膜的离子传导率太低，无法满足全钒液流电池的需求(表2)。
对比例4
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于CPVC的质量浓度为2％，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本对比例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115的面电阻，表明CPVC离子传导膜中CPVC含量的降低提高了膜的离子传导率(表1)；本对比例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率高于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion115的钒离子透过率，表明CPVC离子传导膜中CPVC含量的下降降低了膜的离子选择性(表1)。
利用本对比例所制备的离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率65.06％，低于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为90.05％，高于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为58.59％，低于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为31％，远远低于实施例1-4所制备的CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率，稳定性很差(表2)。
对比例5
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所采用的离子交换树脂为SPEEK，SPEEK的磺化度为95％。所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例5和9所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本对比例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于实施例5和9制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115的面电阻，表明本对比例所制备的CPVC离子传导膜具有更高离子传导率(表1)；本对比例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率高于实施例5和9制备的CPVC离子传导膜钒离子透过率以及Nafion 115膜的钒离子透过率，表明本对比例所制备的CPVC离子传导膜具有更低的离子选择性(表1)。
利用本对比例所制备的离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率75.33％，低于实施例5和9所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为90.82％，高于实施例5和9所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为68.41％，低于实施例5和9所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能量效率(表2)。100个循环内，本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为39％，远远低于实施例5和9所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率，稳定性很差，无法满足全钒液流电池长期稳定运行的需求(表2)。
对比例6
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所采用的离子交换树脂为SPEEK，SPEEK的磺化度为20％。所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例5和9所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本对比例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻远高于实施例5和9以及Nafion 115膜的面电阻，表明本对比例所制备的CPVC离子传导膜具有更低的离子传导率(表1)；本对比例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率低于实施例5和9所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜的钒离子透过率，表明本对比例所制备的CPVC离子传导膜具有更高的离子选择性(表1)。
利用本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池因电阻太大无法正常运行，说明CPVC离子传导膜中太低的离子交换树脂磺化度使离子传导膜的离子传导能力太差，不能满足全钒液流电池的正常运行的需求。
对比例7
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所采用的离子交换树脂为QAPES，其季铵化度为50％，所制备的CPVC离子传导膜厚度为40μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例7-8所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本对比例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻远高于实施例6-7所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115的面电阻，表明本对比例所制备的CPVC离子传导膜具有更低的离子传导率(表1)；本对比例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率远低于实施例6-7所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115的钒离子透过率，表明本对比例所制备的CPVC离子传导膜具有更高的离子选择性(表1)。
利用本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池因电阻太大无法正常运行。
对比例8
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所采用的纯的聚氯乙烯PVC(氯化度为56％)，聚氯乙烯的溶解度太低导致无法形成均匀溶液，无法制膜。
对比例9
按照上述实施例1所述方法配置制膜溶液，与其不同之处在于所制备的CPVC离子传导膜厚度为30μm。
将制成的CPVC离子传导膜进行性能测试，并与实施例1和10所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜的性能进行对比，本发明以全钒液流电池为例。本对比例所制备的CPVC离子传导膜的面电阻低于实施例1和10所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜的面电阻，表明CPVC离子传导膜厚度的下降提高了膜的离子传导率(表1)；本对比例所制备的CPVC离子传导膜的钒离子(VO2+)透过率高于实施例1和10所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜的钒离子透过率，表明CPVC离子传导膜厚度的下降降低了膜的离子选择性(表1)。
利用本对比例所制备的CPVC离子传导膜组装全钒液流电池，其中催化层为活性炭毡，双极板为石墨板，膜有效面积为48cm2，电流密度为80mA.cm-2，电解液中钒离子浓度为1.50mol L-1，H2SO4浓度为3mol L-1。本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的库仑效率70.62％，低于实施例1和10所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜组装的全钒液流电池的库伦效率；电压效率为89.77％，高于实施例1和10所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜组装的全钒液流电池的电压效率；能量效率为62.67％，低于实施例1和10所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜组装的全钒液流电池的能力效率(表2)。100个循环内，本实施例所制备的CPVC离子传导膜组装的全钒液流电池的容量保持率为34％，远远低于实施例1和10所制备的CPVC离子传导膜以及Nafion 115膜组装的全钒液流电池的容量保持率，稳定性很差，无法满足全钒液流电池长期稳定运行的需求(表2)。
综上所述，在调控了离子交换树脂的磺化度、CPVCX和离子交换树脂的浓度，膜厚度等影响因素，找出适合于液流电池用氯化聚氯乙烯隔膜材料，兼具有高的离子选择性和离子导电性，同时具有良好的循环稳定性。
表1 CPVC离子传导膜和Nafion 115膜的性能对比
Figure BDA0002182131860000171
Figure BDA0002182131860000181
表2 CPVC离子传导膜和Nafion 115膜组装的全钒液流电池的性能对比
Figure BDA0002182131860000182
Figure BDA0002182131860000191

Claims (9)

1.一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用，其特征在于：所述的离子传导膜由氯化聚氯乙烯和离子交换树脂共混后通过溶剂挥发法固化制备而成。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
氯化聚氯乙烯和离子交换树脂的质量比为1:5至5:1，优选1:2至2:1。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的离子交换树脂为含有磺酸基团的有机高分子树脂(有机高分子树脂的磺化度为20-90％，优选60-80％)、侧链含季铵基团的有机高分子树脂(有机高分子树脂的侧链季铵化度为80-100％，优选90-100％)和主链含季铵基团的有机高分子树脂(主链季铵化度为100％)中的一种或二种以上；
含有磺酸基团的有机高分子树脂的主链为聚醚醚酮、聚亚芳基醚酮、聚(亚芳基硫醚酮)、聚(芴基醚酮)、聚(四甲基二苯醚酮)、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚芳硫醚砜、聚芳醚砜、聚酰亚胺、聚芳醚酮、聚(苯乙烯-b-乙烯-co-丁烯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物、聚芳醚、聚吡咯中的一种或二种以上；
侧链含季铵基团的有机高分子树脂的主链为聚乙烯、聚砜、聚醚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯中的一种或两种以上。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：含有磺酸基团的有机高分子树脂为磺化聚醚醚酮、磺化聚亚芳基醚酮、磺化聚(亚芳基硫醚酮)、磺化聚(芴基醚酮)、磺化聚(四甲基二苯醚酮)、磺化聚苯乙烯、磺化聚苯硫醚、磺化聚砜、磺化聚醚砜、磺化聚芳硫醚砜、磺化聚芳醚砜、磺化聚酰亚胺、磺化聚芳醚酮、磺化聚(苯乙烯-b-乙烯-co-丁烯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物、磺化聚芳醚、磺化聚吡咯中的一种或二种以上；
侧链含季铵基团的有机高分子树脂为聚乙烯吡咯烷酮、季铵化聚砜、季铵化聚醚砜、季铵化聚甲基丙烯酸甲酯、季铵化聚苯乙烯中的一种或两种以上；
主链含季铵基团的有机高分子树脂的为聚乙烯亚胺、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚吡咯、聚胺、聚苯并咪唑中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：
氯化聚氯乙烯的氯化度为60-75％，优选65-72％；聚合度为1000-10000，氯化度指含氯总量的质量分数。
6.一种权利要求1-5任一所述的应用，其特征在于：离子传导膜是通过将氯化聚氯乙烯和离子交换树脂溶于有机溶剂中，经过溶剂挥发法固化制备而成；
步骤如下：
(1)将氯化聚氯乙烯和离子交换树脂溶解在有机溶剂中，在温度为10-40℃下充分搅拌10-120h制成共混溶液；其中氯化聚氯乙烯的质量浓度为5-25％(优选10-20％)之间，离子交换树脂的质量浓度为5-25％(优选10-20％)之间；
(2)将步骤(1)制备的共混溶液倾倒在无纺布基底或直接倾倒在玻璃板上，然后在20-200℃温度下蒸干溶剂0.2-24h；于无纺布基底或直接倾倒在玻璃板上所制备的离子传导膜的厚度为35-70μm(优选40-60μm)之间；
(3)将步骤(2)中所得到的膜浸于水中备用，温度10-80℃。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述有机溶剂为DMAC、NMP、DMF中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1-5任一所述的应用，其特征在于：所述的液流电池包括全钒液流电池、锌/溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、铁/铬液流电池、钒/溴液流电池或锌/铈液流电池。
9.根据权利要求1-5任一所述的应用，其特征在于：所述的液流电池应用于酸性电解质液流电池中。
CN201910800328.4A 2019-08-28 2019-08-28 一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用 Active CN112447994B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910800328.4A CN112447994B (zh) 2019-08-28 2019-08-28 一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910800328.4A CN112447994B (zh) 2019-08-28 2019-08-28 一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112447994A true CN112447994A (zh) 2021-03-05
CN112447994B CN112447994B (zh) 2022-03-08

Family

ID=74741033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910800328.4A Active CN112447994B (zh) 2019-08-28 2019-08-28 一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112447994B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116779927A (zh) * 2023-02-03 2023-09-19 宿迁时代储能科技有限公司 一种用于液流电池的通用离子膜

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020082989A (ko) * 2001-04-24 2002-11-01 학교법인 한양학원 폴리비닐피롤리돈을 첨가제로 이용한 미세 다공성 염소화폴리염화비닐 여과막의 제조방법 및 그에 의해 제조된미세 다공성 염소화 폴리염화비닐 여과막.
CN101872876A (zh) * 2009-04-23 2010-10-27 中国电子科技集团公司第十八研究所 具有高荷电保持能力的镉镍电池的制造方法
JP2013031832A (ja) * 2011-07-06 2013-02-14 Mitsubishi Rayon Co Ltd 多孔質膜の製造方法および精密ろ過膜
CN104716353A (zh) * 2013-12-15 2015-06-17 中国科学院大连化学物理研究所 一种液流电池用多孔膜及其制备和应用
WO2015140355A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Vito Nv (Vlaamse Instelling Voor Technologisch Onderzoek Nv) Supported filtration membranes and methods of manufacturing
CN105126645A (zh) * 2015-08-17 2015-12-09 湖北沙市水处理设备制造厂 一种接枝改性过氯乙烯超滤膜及其制备方法
CN105453321A (zh) * 2013-05-16 2016-03-30 联合工艺公司 具有拥有最大水域团簇尺寸的水合离子交换膜的液流电池
KR101812739B1 (ko) * 2016-09-29 2017-12-27 롯데케미칼 주식회사 레독스 흐름 전지용 복합 분리막
CN107591545A (zh) * 2016-07-07 2018-01-16 中国科学院大连化学物理研究所 一种共混多孔膜在液流电池中的应用
CN107591510A (zh) * 2016-07-07 2018-01-16 中国科学院大连化学物理研究所 一种隔膜在全钒液流电池中的应用
US20190097241A1 (en) * 2016-03-17 2019-03-28 3M Innovative Properties Company Electrode assemblies, membrane-electrode assemblies and electrochemical cells and liquid flow batteries therefrom

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020082989A (ko) * 2001-04-24 2002-11-01 학교법인 한양학원 폴리비닐피롤리돈을 첨가제로 이용한 미세 다공성 염소화폴리염화비닐 여과막의 제조방법 및 그에 의해 제조된미세 다공성 염소화 폴리염화비닐 여과막.
CN101872876A (zh) * 2009-04-23 2010-10-27 中国电子科技集团公司第十八研究所 具有高荷电保持能力的镉镍电池的制造方法
JP2013031832A (ja) * 2011-07-06 2013-02-14 Mitsubishi Rayon Co Ltd 多孔質膜の製造方法および精密ろ過膜
CN105453321A (zh) * 2013-05-16 2016-03-30 联合工艺公司 具有拥有最大水域团簇尺寸的水合离子交换膜的液流电池
CN104716353A (zh) * 2013-12-15 2015-06-17 中国科学院大连化学物理研究所 一种液流电池用多孔膜及其制备和应用
WO2015140355A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Vito Nv (Vlaamse Instelling Voor Technologisch Onderzoek Nv) Supported filtration membranes and methods of manufacturing
CN105126645A (zh) * 2015-08-17 2015-12-09 湖北沙市水处理设备制造厂 一种接枝改性过氯乙烯超滤膜及其制备方法
US20190097241A1 (en) * 2016-03-17 2019-03-28 3M Innovative Properties Company Electrode assemblies, membrane-electrode assemblies and electrochemical cells and liquid flow batteries therefrom
CN107591545A (zh) * 2016-07-07 2018-01-16 中国科学院大连化学物理研究所 一种共混多孔膜在液流电池中的应用
CN107591510A (zh) * 2016-07-07 2018-01-16 中国科学院大连化学物理研究所 一种隔膜在全钒液流电池中的应用
KR101812739B1 (ko) * 2016-09-29 2017-12-27 롯데케미칼 주식회사 레독스 흐름 전지용 복합 분리막

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E.M.SHEMBEL ET AL.: ""Investigation of the stability of chlorinated PVC-based polymer electrolytes for lithium batteries"", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 *
JONG SEOK KANG ET AL.: ""Preparation of PVP immobilized microporous chlorinated polyvinyl chloride membranes on fabric and their hydraulic permeation behavior"", 《JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE》 *
WENJING LU ET AL.: ""Highly selective core-shell structural membrane with cage-shaped pores for flow battery"", 《ENERGY STORAGE MATERIALS》 *
李爱玉等: ""离子交换膜的制备及发展趋势研究"", 《环境科学与管理》 *
顾倩倩等: ""聚乙二醇对氯化聚氯乙烯超滤膜微观结构及其性能的影响"", 《水处理技术》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116779927A (zh) * 2023-02-03 2023-09-19 宿迁时代储能科技有限公司 一种用于液流电池的通用离子膜

Also Published As

Publication number Publication date
CN112447994B (zh) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zuo et al. Sulfonated microporous polymer membranes with fast and selective ion transport for electrochemical energy conversion and storage
Li et al. Ion exchange membranes for vanadium redox flow battery (VRB) applications
Zhao et al. Highly selective charged porous membranes with improved ion conductivity
WO2011066674A1 (zh) 聚合物共混质子交换膜及其制备方法
Pu Polymers for PEM fuel cells
Mu et al. Rice paper reinforced sulfonated poly (ether ether ketone) as low-cost membrane for vanadium flow batteries
CN107394240B (zh) 一种磺化聚芳醚酮离子交换膜制备方法及应用
CN103682210B (zh) 一种有机-无机多孔复合膜在液流储能电池中的应用
CN107546398A (zh) 一种具有微相分离结构的离子传导膜及其制备和应用
WO2018214843A1 (zh) 一种脂基侧链水解的交联型多孔膜及其制备方法
Wang et al. Sulfonated poly (ether ether ketone)/s–TiO2 composite membrane for a vanadium redox flow battery
Chen et al. Poly (phthalazinone ether ketone) amphoteric ion exchange membranes with low water transport and vanadium permeability for vanadium redox flow battery application
AU2021409968A1 (en) Electrolyte compositions for redox flow batteries
CN107546397B (zh) 一种液流电池用多孔离子传导膜及其制备和应用
Sharma et al. Fabricating a partially fluorinated hybrid cation-exchange membrane for long durable performance of vanadium redox flow batteries
CN112447994B (zh) 一种含有氯化聚氯乙烯的离子传导膜在液流电池中的应用
CN110197911A (zh) 一种全钒液流电池用多孔隔膜及其制备方法和用途
CN110197919B (zh) 一种全钒液流电池用离子传导型多孔隔膜及其制备法和用途
CN101733021A (zh) 一种互穿网络结构全氟离子交换膜及其制备方法
KR101543079B1 (ko) 바나듐 레독스-흐름 전지용 음이온 교환막 및 이의 제조 방법
Wang et al. Highly Ion Selective Proton Exchange Membrane Based on Sulfonated Polybenzimidazoles for Iron–Chromium Redox Flow Battery
CN107546399B (zh) 主链与离子交换基团分离的离子交换膜及其制备和应用
CN111718505B (zh) 全钒液流电池用磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯复合离子交换膜及其制备方法
EP4313383A1 (en) Ionically conductive asymmetric composite membrane for electrochemical energy system applications
Chieng Membrane processes and membrane modification for redox flow battery applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230807

Address after: 116011 Building 3, No. 161 Zhongshan Road, Xigang District, Dalian, Liaoning

Patentee after: Zhongke Chemical (Dalian) Technology Industry Co.,Ltd.

Address before: 116023 No. 457-41 Zhongshan Road, Shahekou District, Dalian City, Liaoning Province

Patentee before: DALIAN INSTITUTE OF CHEMICAL PHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES

CP03 Change of name, title or address

Address after: 116000 teaching building of former Xingang primary school, Xingang village, Changxingdao Economic Zone, Dalian City, Liaoning Province

Patentee after: Zhongke Energy Materials Technology (Dalian) Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 116011 Building 3, No. 161 Zhongshan Road, Xigang District, Dalian, Liaoning

Patentee before: Zhongke Chemical (Dalian) Technology Industry Co.,Ltd.

Country or region before: China