液流电池离子交换膜组件、其制备方法及包括其的液流电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液流电池技术领域，具体涉及一种液流电池离子交换膜组件、其制备方法及包括其的液流电池。
【背景技术】
[0002]液流电池是一类新型电化学储能体系，相比于其他储能技术，液流电池具有功率大、容量大、能量转换效率高、使用寿命长、安全性高、绿色环保等优点，在与光伏发电和风力发电配套的大规模储能系统、智能电网调峰、通讯基站以及分布式电源等领域具有广阔的应用前景。全钒氧化还原液流电池是液流电池中的一种，它以不同价态的钒离子电解液作为电池的正负极活性物质，正极为v4+/v5+电对，负极为V 2+/v3+电对。电池的正负极通过离子交换膜隔开，正负极电解液分别存储于外部的两个储液罐中，通过栗将电解液栗入电池正负极室中完成电化学反应，再回到储液罐中形成闭合循环液流回路。
[0003]现有的液流电池堆结构如图1所示，其中10’为双极板，20’为液流框，30’为多孔电极，40’为离子交换膜，多孔电极30’嵌套于液流框20’的中间镂空部位，按图中所示次序不断重复叠放而成。为了避免电解液从离子交换膜40’与液流框20’的接触面处渗出，通常需要在离子交换膜40’两侧的液流框20’上嵌入密封圈(线密封)或添加密封垫片(面密封)来实现密封。然而，电池堆在实际运行中，离子交换膜往往会吸收电解液中的水分而发生溶胀变形，使得液流框与离子交换膜间很容易发生密封失效，导致电池堆漏液，另一方面溶胀后离子交换膜的机械强度下降，在密封圈或密封垫片长期施压状态下极易发生机械破坏，也容易导致电池密封失效。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述问题，提供了一种液流电池离子交换膜组件、其制备方法及包括其的液流电池，以解决现有技术中需要在离子交换膜两侧的液流框上嵌入密封圈或添加密封垫片进行密封以及离子交换膜溶胀变形带来的密封失效问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种液流电池离子交换膜组件。该液流电池离子交换膜组件包括:多孔膜；离子交换区涂层，设置在多孔膜的中间区域；密封区涂层，设置在多孔膜除离子交换区涂层外的区域。
[0006]进一步地，多孔膜为一体化多孔膜。
[0007]进一步地，多孔膜为有机多孔膜。
[0008]进一步地，多孔膜为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚芳醚酮、或聚醚砜材质的多孔膜。
[0009]进一步地，多孔膜具有上表面、下表面和多个贯穿性的孔洞，离子交换区涂层为在多孔膜的中间区域的孔洞内、上表面和/或下表面涂覆离子交换树脂形成；密封区涂层为在多孔膜除离子交换区涂层外的区域的孔洞内、上表面和/或下表面涂覆密封性材料形成。
[0010]进一步地，离子交换树脂为阳离子交换树脂或阴离子交换树脂。
[0011]进一步地，离子交换树脂含有无机纳米粒子。
[0012]进一步地，无机纳米粒子包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、碳纳米管及其衍生物、或石墨烯及其衍生物。
[0013]进一步地，密封性材料为密封性树脂或耐腐蚀橡胶。
[0014]进一步地，离子交换区涂层的厚度与密封区涂层的厚度相同或不同。
[0015]根据本发明的另一个方面，提供一种液流电池。该液流电池包括液流电池离子交换膜组件，液流电池离子交换膜组件为如上述任一种液流电池离子交换膜组件。
[0016]根据本发明的另一个方面，提供一种上述液流电池离子交换膜组件的制备方法。该制备方法包括以下步骤:S1，以多孔膜作为基体材料，在多孔膜的中间区域涂覆离子交换区涂层；以及S2，在多孔膜除离子交换区涂层外的区域涂覆密封区涂层。
[0017]进一步地，多孔膜为一体化有机多孔膜。
[0018]进一步地，SI具体包括:将离子交换树脂溶于离子交换树脂的良溶剂中形成第一聚合物溶液，将第一聚合物溶液涂覆到多孔膜的中间区域，脱除离子交换树脂的良溶剂，使离子交换树脂固化成膜。
[0019]进一步地，第一聚合物溶液中进一步含有0.01?25*1:%的无机纳米离子，无机纳米粒子包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、碳纳米管及其衍生物、或石墨烯及其衍生物。
[0020]进一步地，第一聚合物溶液中进一步含有0.01?5被％的表面活性剂。
[0021]进一步地，S2具体包括:将密封性树脂溶于密封性树脂的良溶剂中形成第二聚合物溶液，将第二聚合物溶液涂覆到多孔膜除离子交换区涂层外的区域，脱除密封性树脂的良溶剂，使密封性树脂固化成膜；或将耐腐蚀橡胶与助剂混合后进行混炼得到混炼耐腐蚀橡胶，将混炼耐腐蚀橡胶溶于混炼耐腐蚀橡胶的良溶剂中制成胶浆，将胶浆涂覆到多孔膜除离子交换区涂层外的区域，脱除混炼耐腐蚀橡胶的良溶剂，使混炼耐腐蚀橡胶固化成膜。
[0022]进一步地，助剂为交联剂。
[0023]进一步地，重复SI和/或S2两次或两次以上。
[0024]进一步地，SI之前包括对多孔膜的预处理步骤:采用乙醇或异丙醇对多孔膜进行浸泡。
[0025]应用本发明的技术方案，在多孔膜上通过涂覆离子交换区涂层和密封区涂层形成涂覆离子交换区和密封区，因为密封区的存在，该液流电池离子交换膜组件在电池堆装配时不需在离子交换膜组件两侧的液流框上嵌入密封圈或添加密封垫片，降低电池堆加工成本和装配难度，同时还可避免常规设计中离子交换膜吸水溶胀导致的密封失效问题。
【附图说明】
[0026]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0027]图1示出了现有技术中液流电池堆的结构示意图；以及
[0028]图2示出了根据本发明一实施例的离子交换膜组件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0030]针对现有技术中需要在离子交换膜两侧的液流框上嵌入密封圈或添加密封垫片进行密封以及离子交换膜溶胀变形带来的密封失效问题，本发明提出了以下技术方案。
[0031]根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种液流电池离子交换膜组件。如图1所示，该液流电池离子交换膜组件包括多孔膜，设置在多孔膜的中间区域的离子交换区涂层41和设置在多孔膜除离子交换区涂层41外的区域的密封区涂层42。应用本发明的技术方案，在多孔膜上通过涂覆离子交换区涂层和密封区涂层形成涂覆离子交换区和密封区，因为密封区的存在，该液流电池离子交换膜组件在电池堆装配时不需在离子交换膜组件两侧的液流框上嵌入密封圈或添加密封垫片，降低电池堆加工成本和装配难度，同时还可避免常规设计中离子交换膜吸水溶胀导致的密封失效问题。
[0032]在本发明中，离子交换区和密封区的形状和尺寸根据电堆实际设计，可采用任何形状和尺寸。
[0033]优选的，多孔膜为一体化多孔膜，可以降低电池堆加工成本和装配难度，同时提高了该液流电池离子交换膜组件的使用寿命及稳定性。
[0034]根据本发明一种典型的实施方式，多孔膜为有机多孔膜，例如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚芳醚酮、或聚醚砜等材质的多孔膜。该多孔膜为一体化离子交换膜组件提供了支撑骨架，使离子交换树区涂层与密封涂层结合为一体，同时该多孔膜骨架还起着机械增强作用，能够降低涂层树脂的用量，进而降低生产成本。该多孔膜具有上表面、下表面和多个贯穿性的孔洞，如图2所示，离子交换区涂层41为在多孔膜的中间区域的孔洞内、上表面和/或下