采用廉價(jià)的聚烯烴微孔膜作為支撐體,全氟磺酸離子交換樹(shù)脂作為復(fù)合相,設(shè)計(jì)并制備了成本低、機(jī)械強(qiáng)度高、性能優(yōu)異的超薄液流電池復(fù)合膜.研究了在H₂SO₄和HCl不同體系下復(fù)合膜的氫離子傳導(dǎo)、釩離子滲透、電池性能.結(jié)果表明,25μm復(fù)合膜具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較低的溶脹率;在混酸釩溶液體系（1.5 mol/L VOSO₄+1.5 mol/LH₂SO₄+2.5 mol/L HCl）的電池性能優(yōu)異,100 mA/cm²下能量效率（EE）為80%.同時(shí),復(fù)合膜成本較低（40～60元/m²）,具有應(yīng)用前景. 

【文章來(lái)源】：膜科學(xué)與技術(shù). 2020年04期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

復(fù)合膜制備工藝示意圖及膜照片

成膜工藝直接影響復(fù)合膜的導(dǎo)電性能.本文在不同成膜時(shí)間(0.5、1、2、4、6 h、)、成膜溫度(40、60、100、110、140 ℃)下進(jìn)行復(fù)合成膜,并對(duì)制備的隔膜在3.0 mol/L的H2SO4溶液下進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試.從圖3(a)可以看出,隨著溫度的升高,膜的面電阻呈現(xiàn)出先增加后略微降低再上升的趨勢(shì),100 ℃時(shí)具有較低的面電阻.該趨勢(shì)是因?yàn)?PE在超過(guò)其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(110 ℃)后,會(huì)發(fā)生明顯的熱收縮而導(dǎo)致微孔坍塌[21],使PE多孔膜滲入的全氟磺酸樹(shù)脂量減少,微孔及磺酸基團(tuán)的減少共同作用使得復(fù)合膜的面電阻明顯升高.對(duì)于全氟磺酸樹(shù)脂溶液,隨溫度的升高和溶劑的揮發(fā),溶液中逐漸形成全氟磺酸樹(shù)脂聚集體[22],聚集體之間通過(guò)全氟磺酸樹(shù)脂分子主鏈段之間的相互作用繼續(xù)聚集、融合,形成物理交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而成膜[23],該過(guò)程可在100～200 ℃發(fā)生[24].因此,綜合考慮PE的熱穩(wěn)定性,本文選擇100 ℃為最佳成膜溫度.從圖3(b)可看出,隨著成膜時(shí)間的延長(zhǎng),樹(shù)脂的交聯(lián)程度提高,復(fù)合膜的面電阻升高,至2 h時(shí)達(dá)到最高,而后又呈降低趨勢(shì).綜合考慮面電阻和耗能,選擇1 h作為最優(yōu)的成膜時(shí)間.因此獲得最優(yōu)的成膜工藝為100 ℃、1 h.圖3 成膜工藝對(duì)復(fù)合膜面電阻的影響

圖2 不同膜的表面與截面形貌以下的物化性能、導(dǎo)電性能、釩離子滲透性能及電池性能均采用溫度100 ℃、時(shí)間1 h的成膜工藝所制備的復(fù)合膜進(jìn)行測(cè)試,并與Nafion212膜進(jìn)行對(duì)比.由表2可知,25 μm的復(fù)合膜機(jī)械強(qiáng)度為137 MPa,遠(yuǎn)高于Nafion212膜的18.7 MPa[25];線性溶脹率僅為Nafion212膜的1/40,但含水量高于Nafion212膜.分析原因?yàn)?復(fù)合膜屬于非均相膜,作為基膜的PE為多孔膜,盡管全氟磺酸樹(shù)脂滲入其內(nèi)部,但仍具有一定的孔隙率,可以容納較多水分子,導(dǎo)致復(fù)合膜的含水量較高;但PE樹(shù)脂自身不具有溶脹特性,且具有明顯溶脹特性的全氟磺酸樹(shù)脂用量較少,則因樹(shù)脂溶脹導(dǎo)致復(fù)合膜的體積變化量較小,即復(fù)合膜的溶脹性較小.而Nafion212膜屬于均相質(zhì)子交換膜,其全氟磺酸樹(shù)脂的親水性導(dǎo)致水分子容易滲入樹(shù)脂內(nèi)部,引起較大的體積變化,即溶脹性高;但Nafion212膜內(nèi)部孔隙率低,可容納水分子的絕對(duì)值較小,因此含水量較低.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]電化學(xué)能源轉(zhuǎn)化膜與膜過(guò)程研究進(jìn)展[J]. 王保國(guó).  膜科學(xué)與技術(shù). 2020(01)
[2]基于細(xì)菌纖維素的陽(yáng)離子交換膜在水系有機(jī)液流電池中的應(yīng)用研究[J]. 丁亮,侯劍秋,楊正金,吳亮,徐銅文.  膜科學(xué)與技術(shù). 2019(06)
[3]全釩液流電池用致密皮層非對(duì)稱AEM結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 張代雙,彭桑珊,肖武,焉曉明,賀高紅.  膜科學(xué)與技術(shù). 2019(03)
[4]全釩液流電池的質(zhì)子傳導(dǎo)膜研究進(jìn)展[J]. 陸地,聶峰,薛立新.  膜科學(xué)與技術(shù). 2014(06)
[5]全釩液流電池碳電極材料的研究進(jìn)展[J]. 吳雄偉,劉俊,謝浩,熊遠(yuǎn)福,吳宇平,周清明.  中國(guó)科學(xué):化學(xué). 2014(08)
[6]全釩液流電池荷電狀態(tài)的分析與監(jiān)測(cè)[J]. 王文紅,王新東.  浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2006(02)
[7]全釩液流電池隔膜在釩溶液中的性能[J]. 譚寧,黃可龍,劉素琴.  電源技術(shù). 2004(12)
[8]鋰離子電池隔膜的研究與開(kāi)發(fā)[J]. 胡繼文,許凱,沈家瑞.  高分子材料科學(xué)與工程. 2003(01)

碩士論文
[1]燃料電池用全氟磺酸質(zhì)子交換膜制備與性能研究[D]. 尚方劍.上海交通大學(xué) 2010



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