基于Nafion膜的釩電池用新型阻釩離子膜制備與性能研究.pdf

1、全釩氧化還原液流電池(VRB)具有容量和功率相互獨(dú)立、使用壽命長(zhǎng)和可深度充放電等優(yōu)點(diǎn),在大規(guī)模儲(chǔ)能和電網(wǎng)調(diào)峰方面具有廣闊的應(yīng)用前景。隔膜是制約VRB發(fā)展的瓶頸,目前大多采用Nafion(杜邦)膜作為VRB的離子交換膜,但由于其昂貴的價(jià)格和嚴(yán)重的釩滲透制約了其在VRB中的進(jìn)一步應(yīng)用。因此,如何降低VRB用隔膜的成本及提高現(xiàn)有Nafion隔膜的性能具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　為了降低目前VRB用Nafion膜的成本,提高其阻釩、阻水和

2、單體電池性能,本論文提出以價(jià)格相對(duì)低廉的PTFE(聚四氟乙烯)多孔膜為基膜,采用澆鑄法制備了不同厚度的PTFE/Nafion(P/N)復(fù)合膜,并分別對(duì)所制備的復(fù)合膜進(jìn)行了物化參數(shù)、微觀形貌、電化學(xué)性能和單體電池性能等測(cè)試。研究結(jié)果表明:厚度為25μm的P/N膜的阻釩能力比Nafion212提高了59.4％;此外,在40mA/cm2的電流密度下,厚度為45μm的P/N膜的能量效率比Nafion212提高了7.8%。
　　為了探討Na

3、fion膜微觀結(jié)構(gòu)的改變對(duì)其性能的影響,本文又采用不同類型表面活性劑對(duì)Nafion膜進(jìn)行修飾改性。據(jù)我們所知,這是表面活性劑在釩電池用隔膜方面的首次應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)中制備了不同含量的全氟表面活性劑復(fù)合膜及含量為5%的常規(guī)表面活性劑復(fù)合膜,并分別對(duì)其進(jìn)行了物化參數(shù)、微觀形貌、電化學(xué)性能和單體電池性能等測(cè)試。研究結(jié)果表明:全氟表面活性劑不僅有效提高了復(fù)合膜的阻釩性能,同時(shí)復(fù)合膜電導(dǎo)率也得到了一定提高;常規(guī)陽(yáng)離子表面活性劑復(fù)合膜阻釩阻水性能有所提高

4、,常規(guī)陰離子表面活性劑復(fù)合膜的含水率和電導(dǎo)率得到提高。此外,在40mA/cm2的電流密度下,含量為5%的全氟表面活性劑復(fù)合膜的能量效率比空白重鑄Nafion膜提高了12.6%;在80mA/cm2的電流密度下非離子表面活性劑復(fù)合膜的能量效率比空白重鑄Nafion膜提高了6.7%。
　　本論文最后分析了全球儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景,并對(duì)各種儲(chǔ)能電池進(jìn)行了性能比較和成本分析。此外,分別針對(duì)所制備的復(fù)合膜進(jìn)行了成本估算和比較,分析表明PT