专利名称：含交联基团的磺化聚芳醚类聚合物离子交换膜及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含交联基团的磺化聚芳醚类聚合物离子交换膜及其在酸性电解 液液流储能电池中的应用，特别涉及该类聚合物离子交换膜在全钒液流储能电池中的应用。
背景技术：
含有酸性电解液的液流储能电池是一种电化学储能新技术，具有能量转换效率 高、系统设计灵活、蓄电容量大、选址自由、可深度放电、安全环保、维护费用低等优点，是大 规模高效储能技术的首选技术之一。特别是全钒液流储能电池由于安全性高、稳定性好、效 率高、寿命长(寿命> 15年)、成本低等优点，被认为是液流储能电池中最有前景和代表性 的一种储能电池，可以广泛应用于风能、太阳能等可再生能源发电储能、应急电源系统、备 用电站和电力系统削峰填谷等方面。离子交换膜是全钒液流储能电池的重要组成部分，它起着阻隔正、负极电解液，提 供质子传输通道的作用。离子交换膜的质子传导性、化学稳定性和离子选择性等直接影响 钒电池的电化学性能和使用寿命；因此要求膜具有较低的活性物质渗透率(即有较高的选 择性)和较低的面电阻(即有较高的离子传导率)，同时还应具有较好的化学稳定性和较低 的成本。现在国内外使用的膜材料主要是美国杜邦公司开发的Nafion膜，Nafion膜在电 化学性能和使用寿命等方面具有优异的性能，但应用于全钒液流储能电池中存在离子选择 性低，价格昂贵等缺点，从而限制了该膜的工业化应用。因此，开发具有高选择性、高稳定性 和低成本的离子交换膜至关重要。磺化聚芳醚类高分子膜材料具有良好的热性能、机械性能和化学稳定性以及较高 的质子传导性，在燃料电池中得到了广泛应用。此外，被广泛研究的高分子材料还有聚苯并 咪唑(PBI)、聚砜(PQ、聚酰亚胺(PI)、聚醚砜(PEQ等，这些化合物均可以在其芳香苯环上 通过选择适宜的磺化剂和磺化条件引入磺酸基团，使其具H+传导能力。虽然以上所述的高 分子膜材料在燃料电池中得到了广泛应用，但在液流电池中鲜有报道，主要是由于这些膜 材料在全钒液流储能电池环境中氧化稳定性的问题。为了提高非氟膜的氧化稳定性，可以在聚合物主链中引入一些可交联的基团，通 过交联结构提高膜的氧化稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于酸性电解液液流储能电池，具有良好的氧化稳 定性，成本较低的含交联基团的磺化聚芳醚类聚合物离子交换膜材料，并应用于酸性电解 液液流储能电池中。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种含有交联基团的磺化聚芳醚类聚合物离子交换膜，所述聚合物结构通式如 下
权利要求
1. 一种含有交联基团的磺化聚芳醚类聚合物离子交换膜，所述聚合物结构通式如下
2.根据权利要求1所述的离子交换膜，其特征在于，所述离子交换膜采用如下步骤进 行制备(1)将权利要求1所述的含有交联基团的磺化聚芳醚类聚合物溶解于DMF、DMAC、DMS0、 NMP的一种或者多种溶剂，溶解温度在20 80°C，制成聚合物溶液，其中聚合物在溶液中的 质量百分含量为5-20wt% ；(2)将步骤(1)得到的聚合物溶液浇铸于玻璃板或不锈钢板上，在60 100°C下干燥 5h以上，然后在80 150°C下真空干燥Ih以上成膜，膜的厚度在10 200 μ m之间。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于权利要求1所述磺化聚芳醚类聚合物离 子交换膜用于酸性电解液液流储能电池。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于应用前，将制备的磺化聚芳醚类聚合物 离子交换膜浸入浓度在0. l-25mol/L的强酸溶液中，浸泡时间0. 05-1000h,溶液温度为 5-100°C ；所述强酸为硫酸、磷酸、硝酸或盐酸。
5.按照权利要求1所述的应用，其特征在于所述酸性电解液液流储能电池包括全钒 液流储能电池、铁铬液流储能电池、锌溴液流储能电池、钒溴液流储能电池或钒铈液流储能 电池。
全文摘要
本发明涉及一种含交联基团磺化聚芳醚类聚合物离子交换膜以及在酸性电解液液流储能电池中的应用。本发明涉及的离子交换膜制备条件温和，易于批量生产。制备的离子交换膜具有优良力学性能的同时，在全钒液流储能电池中具有优良的质子传导性和优异的阻隔钒离子渗透性能。另外，通过交联反应可进一步提高该类膜的化学稳定性和阻钒性能。
文档编号C08G65/40GK102120874SQ201010583930
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者史丁秦, 张华民, 张洪章, 李先锋 申请人:中国科学院大连化学物理研究所, 大连融科储能技术发展有限公司