全釩液流儲能電池Nafion_-沸石復(fù)合膜的制備與性能研究.pdf

1、全釩液流電池（VRBs）是一種電化學(xué)能量儲存裝置，因其在電網(wǎng)調(diào)峰以及偏遠(yuǎn)地區(qū)的電能輸送等方面的廣泛應(yīng)用而被大家所熟知。其具有使用壽命長，環(huán)境污染小，輸出效率高，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便易于維護(hù)，并可獨立充放電等優(yōu)點，這使它在新能源領(lǐng)域成為目前最具發(fā)展?jié)撡|(zhì)的一個方向。質(zhì)子交換膜作為全釩液流電池系統(tǒng)中的一個核心組成部分受到廣泛關(guān)注。目前在VRB中應(yīng)用最為廣泛的質(zhì)子交換膜是 Nafion(R)系列膜，其具備較高的電導(dǎo)率和較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。但是Naf

2、ion(R)存在一些不容忽視的缺陷，如較高的釩離子滲透率和較低的離子選擇性。因此對Nafion(R)膜進(jìn)行簡單的改性提升其阻釩性能，并探究其改性機(jī)理對VRB的商業(yè)化應(yīng)用具有重要的意義。
　　本課題采用有機(jī)無機(jī)復(fù)合法對Nafion(R)膜進(jìn)行改性制備，首先利用水熱合成法制備兩種具備MFI骨架結(jié)構(gòu)的沸石，分別為純硅Silicalite-1沸石（100～120 nm）和含鋁ZSM-5沸石（350～400 nm）。對不同實驗條件下制備的兩

3、種沸石進(jìn)行XRD，SEM，EDS，F(xiàn)T-IR，STA等表征分析，目的是對沸石樣品的形貌及晶粒尺寸進(jìn)行研究。之后將制備的兩種沸石作為無機(jī)粒子添加到Nafion(R)膜溶液中，利用溶液重鑄法制備出復(fù)合質(zhì)子交換膜，實現(xiàn)對Nafion(R)膜的性能改進(jìn)。對制備的復(fù)合膜進(jìn)行XRD，SEM，F(xiàn)T-IR，STA等表征分析，目的是對復(fù)合膜的形貌、內(nèi)部鍵結(jié)構(gòu)及復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性能進(jìn)行研究，觀察改性方案是否合理，并對復(fù)合膜的吸水性能、離子交換容量、釩離子滲透

4、率及質(zhì)子導(dǎo)電率等性能進(jìn)行測試，找到Nafion(R)的最優(yōu)改性機(jī)制。
　　本課題制備了不同摻雜含量（2.5 wt％，5.0 wt%，7.5 wt%和10.0 wt%）的復(fù)合膜，并通過各表征手段分析其摻雜規(guī)律，通過數(shù)據(jù)對比得出，兩種沸石改性的Nafion(R)膜中，摻雜量為5.0 wt%的膜綜合性能最好，其中Silicalite-1/Nafion(R)復(fù)合膜的釩離子滲透率降低至 Nafion(R)空白膜的一半左右，膜的選擇性也提高至