專利名稱：一種增強型釩電池用全氟磺酸離子交換膜及其制備方法
技術領域：
本發明涉及全釩氧化還原液流電池(VRB)用離子交換膜領域，特別涉及一種增 強型釩電池用全氟磺酸離子交換膜及其制備方法。
背景技術：
隨著國民經濟快速發展，能源、資源和環境保護間的矛盾日益突出，促使傳統 的能源系統迫切的向可再生能源轉變。
調整當前電力能源結構，開發規模化利用風能、太陽能等可再生清潔能源，已 經成為我國電力能源發展的基本國策。風能、太陽能等可再生能源發電過程具有不連續 和不穩定的特點，需要配備蓄電儲能裝置，才能實現連續、穩定的電能輸出，以避免對 局部電網產生沖擊而引發的大規模惡性事故。到目前為止，在世界范圍內所開發的新電 池技術中，全釩氧化還原液流電池(Redox flow cell)無疑是最有前途的，這種電池具有使 用規模大、壽命長、能量效率高、環境友好、電流連續性好等優點，通過全釩氧化還原 液流電池儲能可以實現在現有的電網系統中的“削峰填谷”作用，能夠緩和電力供需矛 盾，提高發電設備利用率，降低火力發電能耗。
全釩氧化還原液流電池是用V (II)/V (III)和V (IV)/V (V)氧化還原電對的H2SO4 溶液分別作正負半電池電解液的。H2SO4電離成H+和S042_，然后電解液中H+持續代替 離子交換膜中的H+，并進入另一室電解液中，完成導電過程。當放電時，電池正極電解 液中的VO2+離子被還原為VO2+離子，負極電解液中的V2+離子被氧化為V3+離子。當充 電時，過程剛好相反。
釩電池電極反應如下所示
正極
負極
權利要求
1.一種增強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的全 氟磺酸離子交換樹脂為成膜樹脂，樹脂溶解于有機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布作為增強材 料；或者，在兩層聚四氟乙烯網布中間有一層全氟磺酸離子交換膜。
2.按照權利要求1所述的增強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脂的成膜溶液通過涂抹、加熱與增強網牢固結合。
3.按照權利要求1所述的增強型釩電池用全氟磺酸離子交換膜，其特征在于所述 聚四氟乙烯網布是采用玻璃纖維為基材編織成網狀基布，再涂覆聚四氟乙烯樹脂；網布 的網格為 0.3X0.3mm-10X10mm，厚度為 0.01mm-1.2mm。
4.按照權利要求1所述的增強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，基本結構為
5.按照權利要求1所述的增強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脂的結構為—[CF2-CF2]x[CF-CF2]yI[OCF2CF] ,-O(CF2)nSO3HCF3其中，X2l，Y>0, Z = 0-3，n2l。
6.按照權利要求1所述的增強型釩電池用全氟磺酸離子交換膜，其特征在于全氟 磺酸離子交換樹脂的交換容量為IEC = 0.67-1.3_ol/g。
7.按照權利要求1所述的增強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脂按質量比w= 5% -30%溶解到有機溶劑中，反應釜加 熱至110°C-250°C保溫l_4h溶解樹脂，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，使溶液細化并驅除其中 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布上， 通過加熱120°C-180°C、恒溫l_4h將溶劑蒸發、冷卻至室溫，得到的膜用蒸餾水清洗， 50-70°C烘干，得到增強型釩電池用全氟磺酸離子交換膜。
8.按照權利要求1所述的增強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脂按質量比w= 5% -30%溶解到有機溶劑中，反應釜加 熱至110°C-250°C保溫l_4h溶解樹脂，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，使溶液細化并驅除其中的微小氣泡；(3)將成膜溶液涂抹在一層聚四氟乙烯網布上，再在成膜溶液上覆蓋一層聚四氟乙烯 網布，通過加熱120°C _180°C、恒溫l_4h將溶劑蒸發、冷卻至室溫，得到的膜用蒸餾水 清洗，50-70°C烘干，得到增強型釩電池用全氟磺酸離子交換膜。
全文摘要
本發明涉及全釩氧化還原液流電池(VRB)用離子交換膜領域，特別涉及一種增強型釩電池用全氟磺酸離子交換膜及其制備方法。由含有磺酸基團的全氟磺酸離子交換樹脂為成膜樹脂，樹脂溶解于有機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布作為增強材料；或者，在兩層聚四氟乙烯網布中間有一層全氟磺酸離子交換膜。該膜即具有高的化學穩定性、高的電流密度，又比全氟磺酸膜機械強度高、交換容量高、成本低，可以解決現有技術中存在的全氟磺酸離子交換膜都存在交換容量高而機械強度低、機械強度高而交換容量低的問題，主要應用于全釩氧化還原液流電池(VRB)。
文檔編號H01M8/02GK102024928SQ20091018756
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月23日 優先權日2009年9月23日
發明者嚴川偉, 劉建國, 趙麗娜 申請人:中國科學院金屬研究所