全釩液流電池用新型Nafion復(fù)合膜制備及研究.pdf

1、全釩氧化液流電池(釩電池，VRB)由于具有功率相對(duì)獨(dú)立、效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前最有商業(yè)化前景的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。離子交換膜是釩電池的重要組件，美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的Nafion膜系列由于具有耐腐蝕性及抗氧化性，在釩電池中應(yīng)用最廣。然而，Nafion膜在釩電池運(yùn)行過(guò)程中，存在嚴(yán)重的釩滲透和水滲透現(xiàn)象，影響了電池效率。除此之外，Nafion膜價(jià)格昂貴，制約了釩電池的商業(yè)化，因此開(kāi)發(fā)新型、低成本的可商業(yè)化的隔膜是急需解決的問(wèn)題。

2、　　本課題組前期研究表明聚四氟乙烯/Nafion(PN)復(fù)合膜是一種用于VRB的優(yōu)良離子交換膜。為了進(jìn)一步減少Nafion樹(shù)脂的用量以降低PN膜的成本，并且同時(shí)保持PN膜的阻釩性能，本論文中先是制備了厚度為25μm的PN復(fù)合膜，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)重鑄法與溶膠凝膠法在PN膜中摻雜SiO2制備了PTFE/Nafion/SiO2復(fù)合膜(PNS復(fù)合膜)。通過(guò)改變 SiO2的濃度來(lái)制備不同含量的PNS復(fù)合膜，并對(duì)PNS復(fù)合膜進(jìn)行一系列物理性能、電化

3、學(xué)性能測(cè)試，研究結(jié)果表明：通過(guò)重鑄法制備的3％-PNS復(fù)合膜釩滲透性能提高了27%，在80 mA·cm-2電流密度下的電池測(cè)試中庫(kù)侖效率提高了6.4%，電壓效率有所降低，能量效率提高了3.6%；通過(guò)溶膠-凝膠法制備的7%-PNS復(fù)合膜相比PN膜阻釩性能提高了20%，在80 mA·cm-2電流密度下庫(kù)侖效率提高了9.8%，電壓效率提高了2.3%，能量效率提高了11.9%。
　　非氟離子交換膜磺化聚醚醚酮(sPEEK)是當(dāng)前最有希望替

4、代Nafion膜的新型隔膜之一。但其在釩電池中的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步改進(jìn)，為改善sPEEK膜的穩(wěn)定性，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)溶液浸漬的方法制備了Nafion/sPEEK/Nafion多層復(fù)合膜（NSN復(fù)合膜)，以提高sPEEK膜的穩(wěn)定性。論文中對(duì)所制備的NSN膜進(jìn)行了物理性能測(cè)試和電化學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果表明NSN復(fù)合膜的溶脹率減小，在40mA·cm-2電流密度下電池測(cè)試中庫(kù)侖效率提高了4%，能量效率提高了1.6%，自放電時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于sPEEK膜。