基于磺化聚醚醚酮的釩電池用離子交換膜研究.pdf

1、傳統(tǒng)化石能源的大量使用導(dǎo)致資源匱乏和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，所以世界各國都在致力于發(fā)展高效清潔的可再生能源如太陽能和風(fēng)能等，這就需要相應(yīng)的儲能技術(shù)與其匹配。液流電池作為一種新興的儲能技術(shù)，不僅可作為發(fā)電系統(tǒng)的配套儲能設(shè)備，還可用作電網(wǎng)調(diào)峰。全釩氧化還原液流電池(簡稱釩電池)是目前最具應(yīng)用前景的液流電池之一。離子交換膜是釩電池的重要組成部分，但當(dāng)前廣泛應(yīng)用的Nafion膜(DuPont)昂貴的價格和較差的阻釩性能嚴(yán)重阻礙了釩電池的大規(guī)模發(fā)展

2、，所以必須開發(fā)新型的離子交換膜。
　　磺化聚醚醚酮(SPEEK)離子交換膜雖然具有較高的電導(dǎo)率、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，但是作為釩電池的離子交換膜使用時，其在高電導(dǎo)率時機(jī)械性能較差。為此，本文以價格低廉、機(jī)械性能良好的PTFE(Polytetrafluoroethylene)多孔膜為基膜制備增強(qiáng)型的PTFE/SPEEK(PS)復(fù)合膜，并考察不同溶劑、PTFE厚度和SP EEK含量對PS復(fù)合膜的影響。結(jié)果表明：采用不同溶劑制備的P

3、S復(fù)合膜的能量效率(EE)均高于Nafion212膜，40 mA/cm2電流密度下，采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶劑制備的PS復(fù)合膜的EE分別比Nafion212膜提高了10.3％、12.4%和13.6%，且DM F溶劑制備復(fù)合膜的E E最高，阻釩性能最好且長循環(huán)測試中最穩(wěn)定。改變SP EEK的含量制備不同厚度P S復(fù)合膜，隨著厚度的增加，阻釩性能增強(qiáng)的同時電阻也

4、隨之增大，40μm厚度的P S復(fù)合膜的電池測試性能最佳。而采用不同厚度PTFE時，結(jié)果表明以20μm的PTFE制備的復(fù)合膜電池性能最佳。
　　此外，雖然N a fio n膜的釩離子滲透嚴(yán)重、價格昂貴，但其在釩電池中具有良好的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。為此，實(shí)驗(yàn)中通過溶液浸漬法制備了Nafion/SPEEK/Nafion(NSN)復(fù)合膜，以增強(qiáng)SPEEK膜的穩(wěn)定性同時減少Nafion的用量。將磺化度為48%的SPEEK膜浸入到Nafion