JP7069224B2 - イオン交換分離膜およびこれを含むフロー電池 - Google Patents
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Description
前記第1~第3イオン交換樹脂層はそれぞれ、アイオノマーを1種以上含み、
前記第2イオン交換樹脂層および前記第3イオン交換樹脂層はそれぞれ、前記第1イオン交換樹脂層のアイオノマーより高いEW(Equivalent Weight、当量)を有するアイオノマーを含むものであるイオン交換分離膜を提供する。
前記第1~第3イオン交換樹脂層はそれぞれ、アイオノマーを1種以上含み、
前記第2イオン交換樹脂層および前記第3イオン交換樹脂層はそれぞれ、前記第1イオン交換樹脂層のアイオノマーより高いEW(Equivalent Weight、当量)を有するアイオノマーを含むものであるイオン交換分離膜を提供する。
*[NaOH]=0.1M
*VNaOH=投入されたNaOHの体積
前記第4イオン交換樹脂層および第5イオン交換樹脂層はそれぞれ、アイオノマーを1種以上含み、
前記第4イオン交換樹脂層および第5イオン交換樹脂層はそれぞれ、前記第2イオン交換樹脂層および第3イオン交換樹脂層のアイオノマーより高いEWを有するアイオノマーを含む。
この場合、前記第2イオン交換樹脂層および第3イオン交換樹脂層はそれぞれ、750g/mol超過900g/mol以下、好ましくは790g/mol以上870g/mol以下、さらに好ましくは790g/mol以上830g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含み、
前記第4イオン交換樹脂層および第5イオン交換樹脂層はそれぞれ、900g/mol超過1,100g/mol以下、好ましくは900g/mol超過1000g/mol以下、さらに好ましくは930g/mol以上980g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含む。
前記第6イオン交換樹脂層および第7イオン交換樹脂層はそれぞれ、アイオノマーを1種以上含み、
前記第6イオン交換樹脂層および第7イオン交換樹脂層はそれぞれ、前記第4イオン交換樹脂層および第5イオン交換樹脂層のアイオノマーより高いEWを有するアイオノマーを含む。
この場合、前記第2イオン交換樹脂層および第3イオン交換樹脂層はそれぞれ、790g/mol超過870g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含み、
前記第4イオン交換樹脂層および第5イオン交換樹脂層はそれぞれ、870g/mol超過930g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含み、
前記第6イオン交換樹脂層および第7イオン交換樹脂層はそれぞれ、930g/mol超過1,100g/mol以下、好ましくは930g/mol超過980g/mol以下、さらに好ましくは950g/mol以上960g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含む。
本実験に使用されたアイオノマー溶液の特性は以下の通りである。
*製造会社:Solvay社
*Aquivionの構造:
*AquivionE72溶液:EW720g/mol、25wt%水溶液
*AquivionE83溶液:EW830g/mol、25wt%水溶液
*AquivionE79溶液:EW790g/mol、25wt%水溶液
AquivionE98溶液を100μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第3イオン交換樹脂層を形成した。その上に、AquivionE72溶液を200μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第1イオン交換樹脂層を形成した。その上に、AquivionE98溶液を300μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第2イオン交換樹脂層を形成した。この後、循環オーブンにて、80℃で3時間、180℃で15時間、200℃で4分間乾燥した後、蒸留水に浸してswellingして、各層の厚さが下記表1のようなイオン交換分離膜1を製造した。
AquivionE98溶液を50μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第5イオン交換樹脂層を形成した。その上に、AquivionE83溶液を100μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第3イオン交換樹脂層を形成した。その上に、AquivionE72溶液を150μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第1イオン交換樹脂層を形成した。その上に、AquivionE83溶液を200μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第2イオン交換樹脂層を形成した。その上に、AquivionE98溶液を250μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第4イオン交換樹脂層を形成した。この後、循環オーブンにて前記実施例1と同一の条件で乾燥した後、蒸留水に浸してswellingして、各層の厚さが下記表2のようなイオン交換分離膜2を製造した。
AquivionE98溶液を300μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して単層のイオン交換樹脂層を形成した。この後、循環オーブンにて前記実施例1と同一の条件で乾燥した後、蒸留水に浸してswellingして、厚さ50μmのイオン交換分離膜Aを製造した。
AquivionE72溶液を300μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して単層のイオン交換樹脂層を形成した。この後、循環オーブンにて前記実施例1と同一の条件で乾燥した後、蒸留水に浸してswellingして、厚さ50μmのイオン交換分離膜Bを形成した。
AquivionE98溶液およびAquivionE72溶液を65:35の重量比で混合して、EWが870g/molのアイオノマー溶液を製造した。これを300μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して単層のイオン交換樹脂層を形成した。この後、循環オーブンにて前記実施例1と同一の条件で乾燥した後、蒸留水に浸してswellingして、厚さ50μmのイオン交換分離膜Cを形成した。
AquivionE72溶液を100μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第1イオン交換樹脂層を形成した。前記第1イオン交換樹脂層上に、EWが1,100g/molのアイオノマー溶液(Dupont社のNafion(25wt% in水/イソプロパノール))を300μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第2イオン交換樹脂層を形成した。この後、循環オーブンにて前記実施例1と同一の条件で乾燥した後、蒸留水に浸してswellingして、各層の厚さが下記表3のようなイオン交換分離膜Dを製造した。
AquivionE72溶液を100μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第3イオン交換樹脂層を形成した。その上に、AquivionE98溶液を200μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第1イオン交換樹脂層を形成した。その上に、AquivionE72溶液を300μmの厚さのコーティングバーを用いて製膜して第2イオン交換樹脂層を形成した。この後、循環オーブンにて前記実施例1と同一の条件で乾燥した後、蒸留水に浸してswellingして、各層の厚さが下記表4のようなイオン交換分離膜Eを製造した。
前記実施例および比較例で製造された分離膜を単電池により充放電評価して、その結果を下記表5に示した。
バナジウムイオンの透過度は、図13のようなH形態のcellの真ん中に製造した分離膜を装着して測定された。具体的には、一方にはバナジウム溶液(1MのVOSO4および2Mの硫酸(H2SO4)水溶液)190mlを入れて、他方にはマグネシウムスルフェート溶液(1MのMgSO4および2Mの硫酸(H2SO4)水溶液)190mlを入れた。この後、時間によるバナジウムイオンの透過される濃度をICP-OES(Optima8300)により確認した。透過度は下記の式2を適用して計算し、その結果を下記表6に示した。
Vは、硫酸溶液の体積を意味し、
COは、硫酸マグネシウムタンクのバナジウムイオンの初期濃度を意味し、
Ctは、t時間における硫酸マグネシウムタンクのバナジウムイオンの濃度を意味し、
Sは、硫酸溶液に接したフィルムの面積を意味し、
Pは、バナジウムイオンの透過度を意味し、
Lは、フィルムの厚さを意味する。
102:第2イオン交換樹脂層
103:第3イオン交換樹脂層
104:第4イオン交換樹脂層
105:第5イオン交換樹脂層
106:第6イオン交換樹脂層
107:第7イオン交換樹脂層
Claims (10)
- 第1イオン交換樹脂層と、前記第1イオン交換樹脂層の両面にそれぞれ備えられた第2イオン交換樹脂層および第3イオン交換樹脂層とを含み、
前記第1~第3イオン交換樹脂層はそれぞれ、アイオノマーを1種以上含み、
前記第2イオン交換樹脂層および前記第3イオン交換樹脂層はそれぞれ、前記第1イオン交換樹脂層のアイオノマーより高いEW(Equivalent Weight)を有するアイオノマーを含み、
前記第1イオン交換樹脂層が、650g/mol以上900g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含むものである、レドックスフロー電池用のイオン交換分離膜。 - 前記第1~第3イオン交換樹脂層それぞれは、500g/mo1以上1,100g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含むものである、請求項1に記載のイオン交換分離膜。
- 前記第2イオン交換樹脂層および第3イオン交換樹脂層はそれぞれ、900g/mol超過1,100g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含むものである、請求項1または2に記載のイオン交換分離膜。
- 前記第1~第3イオン交換樹脂層それぞれの厚さは、5μm以上30μm以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載のイオン交換分離膜。
- 前記第2イオン交換樹脂層の前記第1イオン交換樹脂層と接する反対面に備えられた第4イオン交換樹脂層と、前記第3イオン交換樹脂層の前記第1イオン交換樹脂層と接する反対面に備えられた第5イオン交換樹脂層とを含み、
前記第4イオン交換樹脂層および第5イオン交換樹脂層はそれぞれ、アイオノマーを1種以上含み、
前記第4イオン交換樹脂層および第5イオン交換樹脂層はそれぞれ、前記第2イオン交換樹脂層および第3イオン交換樹脂層のアイオノマーより高いEWを有するアイオノマーを含むものである、請求項1に記載のイオン交換分離膜。 - 前記第1~第5イオン交換樹脂層それぞれは、500g/mo1以上1,100g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含むものである、請求項5に記載のイオン交換分離膜。
- 前記第2イオン交換樹脂層および第3イオン交換樹脂層はそれぞれ、750g/mol超過900g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含むものであり、
前記第4イオン交換樹脂層および第5イオン交換樹脂層はそれぞれ、900g/mol超過1,100g/mol以下のEWを有するアイオノマーを1種以上含むものである、請求項5または6に記載のイオン交換分離膜。 - 前記第1~第5イオン交換樹脂層それぞれの厚さは、5μm以上30μm以下である、請求項5~7のいずれか一項に記載のイオン交換分離膜。
- 前記イオン交換分離膜の厚さは、15μm以上200μm以下である、請求項1~8のいずれか一項に記載のイオン交換分離膜。
- 負極と、正極と、前記負極および前記正極の間に備えられた請求項1~9のいずれか1
項に記載のイオン交換分離膜とを含むフロー電池。
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