一种全钒液流电池隔膜及其制备方法
【专利摘要】一种全钒液流电池隔膜及其制备方法属于酸碱复合膜【技术领域】，其特征在于，使用N-甲基吡咯烷酮将酸性物质和碱性聚合物进行溶解；使用流延法流延成膜，真空干燥后形成全钒液流电池隔膜。本制备方法能够得到质子电导率高且钒离子渗透率低的新型全钒液流电池隔膜，克服现有隔膜价格昂贵，性能不够稳定等缺点，具有制备过程简单，易于工业放大等优点。
【专利说明】-种全钒液流电池隔膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及酸碱复合膜制备【技术领域】，特别是制造用于全钒液流电池隔膜制备方 法。
【背景技术】
[0002] 随着经济的快速发展，能源与环境问题日趋严重，已成为制约世界各国经济的瓶 颈，节约化石能源，大力开发清洁高效的可再生新能源已成为解决能源问题的出路，但由于 自然条件的限制，新能源随着昼夜变化其发电量产生显著变化，难于保持其稳定的电能输 出，需要和一定规模的电能储存装置配合，才能保证持续稳定的电能供应。因此开发电能转 化率高、储存容量大、经济性能好的储能系统成为发展可再生能源的关键。
[0003] 全钒液流电池（VRB)就是一种高效、大容量、绿色清洁能源储能装置。上世纪80年 代澳大利亚新南威尔士大学的Skyllas-Kazacos和其合作者提出VRB的概念，近几年，VRB 已经在潜艇、高尔夫车、电站调峰等方面得到了初步的应用。隔膜作为VRB中的关键部位之 一，其结构和性能决定电池的效率和使用寿命，一直制约钒电池的发展。理想的VRB隔膜应 具有如下特点：（1)质子透过率高，膜的面电阻小；（2)钒离子渗透率低，交叉污染小，降低 电池自放电；（3)具有一定的机械强度，耐化学腐蚀、耐氧化，循环寿命长，价格低。
[0004] 就目前商品化的电池隔膜来看，还没有一种离子交换膜能完全满足上述要求。目 前应用最多的是杜邦公司生产的Nafion膜，虽然Nafion膜具有较高的电导率，化学稳定性 好等优点，但是其对离子的阻挡性较差，充放电过程自放电严重，价格昂贵等都限制其在全 钒液流电池中的应用。专利（CN102881853A)采用全氟磺酸离子交换树脂和磺化聚苯并咪 唑共混制备了一种钒液流电池的隔膜，但较高的价格与钒离子渗透率依然限制了全氟磺酸 膜在钒电池中的应用。
[0005] 本发明针对全钒液流电池隔膜的特征，提出一种全新的思路：在酸性物质中加入 碱性聚合物制备酸碱复合膜，有效降低膜的溶胀率。其原理是利用酸碱基团间的相互作用 如静电力和氢键，形成离子交联的网状结构，有效阻止隔膜的溶胀和钒离子渗透，提高膜的 机械性能。氢键可以促进质子的传导，提高电池的效率。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于提供一种酸碱复合膜的制备方法，尤其是制备可以用于全钒液流 电池隔膜。
[0007] 本发明的特征在于：依次含有以下步骤； 步骤（1)，使用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，把酸性物质和碱性聚合物进行溶解，所述酸 性物质在溶液中的浓度用重量百分数表示为59Γ25%，所述碱性聚合物在溶液中的浓度用重 量百分数表示为1%~1〇% ; 步骤（2)，使用流延法把步骤（1)得到的溶液在平滑的玻璃表面流延成薄膜，膜厚在ΚΓ250μm之间，在所述溶剂挥发后形成薄膜，并可从玻璃表面剥离； 步骤（3)，把步骤（2)得到的薄膜真空加热12h，制成电池隔膜。
[0008] 所述酸性物质至少含有下述所述基团的一种或两种以上：磺酸基，磷酸基，羧酸 基，是由下述酸性物质中的一种或两种以上的混合物组成：
【权利要求】
1. 一种全钒液流电池隔膜及其制备方法，其特征在于，依次含有以下步骤： 步骤（1)，使用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，把酸性物质和碱性聚合物溶解，所述酸性物 质在溶液中的浓度用重量百分数表示为59T25%，所述碱性聚合物在溶液中的浓度用重量百 分数表示为1%~1〇% ; 步骤（2)，使用流延法把步骤（1)得到的溶液在平滑的玻璃表面流延成薄膜，膜厚在 KT250 y m之间，在所述溶剂挥发后形成薄膜，并从玻璃表面剥离； 步骤（3)，把步骤（2)得到的薄膜真空加热12h，制成电池隔膜。
2. 根据权利要求书1所述的一种全钒液流电池隔膜及其制备方法，其特征在于，所述 酸性物质至少含有下述所述基团的一种或两种以上：磺酸基，磷酸基，羧酸基；所述碱性聚 合物单元至少含有下述所述基团的一种或者两种以上：氨基，羟基，酰胺基，亚酰胺基。
3. 根据权利要求书1所述的一种全钒液流电池隔膜及其制备方法，其特征在于，所述 溶剂是除了所述N-甲基吡咯烷酮外，下述溶剂中的一种或两种以上的混合物；N，N-二甲基 甲酰胺，二甲基亚砜，N，N二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮。
4. 根据权利要求书1所述的一种全钒液流电池隔膜及其制备方法，其特征在于，所述 的酸性物质在溶液中的浓度为59T25%，所述的碱性聚合物在溶液中的浓度为19T10% (重 量百分数）。
5. 根据权利要求书1所述的一种全钒液流电池隔膜及其制备方法，其特征在于，所 述步骤（2)中，使用流延法把步骤（1)得到的溶液在平滑的玻璃表面流延成膜，膜厚在 lOlSOiim之间；干燥后从所述玻璃板表面剥离。
【文档编号】H01M2/16GK104425789SQ201310407973
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】王丽华, 丁跃, 刘必前 申请人:中国科学院化学研究所