SPEEK-GO系列質(zhì)子交換膜的制備及釩電池應(yīng)用.pdf

1、傳統(tǒng)能源的短缺以及使用過程中引發(fā)的一系列環(huán)境問題日益嚴(yán)重，迫使人們開展對可再生能源太陽能、風(fēng)能等開發(fā)和利用。這些新能源在使用過程中由于其不穩(wěn)定和不連續(xù)等因素需要配備儲能裝置，與其他儲能裝置相比較，全釩氧化還原液流電池由于具有壽命長、充放電速率快、能量效率高以及成本價廉等優(yōu)勢成為最具有發(fā)展?jié)摿Φ膬δ茉O(shè)備之一。隔膜作為釩電池的核心部件其性能和價格一直是制約著電池發(fā)展的關(guān)鍵因素。本文旨在開發(fā)系列功能化氧化石墨烯/磺化聚醚醚酮離子交換膜，并對其

2、電池性能開展相關(guān)研究。
　　聚醚醚酮與98％硫酸反應(yīng)制備磺化聚醚醚酮(SPEEK)，之后與氧化石墨烯(GO)制備共混膜。調(diào)控GO的含量獲得一系列S/GO質(zhì)子交換膜，并且測試其相關(guān)電池性能:含水量(WU)、離子交換容量(IEC)、質(zhì)子電導(dǎo)率、釩離子滲透率、熱穩(wěn)定性、耐氧化性、力學(xué)性能和電池效率等。結(jié)果表明隨著GO量的增加WU和IEC逐漸降低，S/GO隔膜具有良好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和阻釩性能。共混膜GO含量為2％(S/GO-2)裝

3、入電池運(yùn)行獲得較高的電池效率，能量效率(EE)為80％，比Nafion115提高了9％，100次充放電循環(huán)中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。
　　實(shí)驗(yàn)表明GO表面含氧基團(tuán)傳遞質(zhì)子的能力較弱，為了提高GO的質(zhì)子電導(dǎo)率，對其表面進(jìn)行功能基團(tuán)修飾。本研究對GO進(jìn)行磺化改性得到GO衍生物GO-SO3H(SGO)，研究不同SGO含量的共混膜的相關(guān)電池性能。結(jié)果表明SGO的加入使得質(zhì)子電導(dǎo)率增加，SEM顯示SGO在SPEEK中分散性良好，WU隨著SGO的

4、增加逐漸增加， S/SGO共混膜具有較高的離子選擇性。與Nafion115相比，S/SGO系列膜在釩電池中具有高效率，其中S/SGO-1的能量效率達(dá)到87.8％，并且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定。
　　進(jìn)一步，GO表面接枝-NH2得到GO衍生物GO-NH2，利用SPEEK與GO-NH2所帶不同電荷構(gòu)建兩性質(zhì)子交換膜。研究不同GO-NH2含量的兩性膜的相關(guān)電池性能。結(jié)果表明GO-NH2的加入可顯著降低隔膜的WU和IEC，VO2+滲透率較低，兩