全釩液流電池用酸堿對質(zhì)子交換膜的制備及性能.pdf

1、全釩液流電池具有充放電效率高、使用壽命長、綠色安全和價格低廉等優(yōu)點，成為儲能系統(tǒng)的最佳選擇。質(zhì)子交換膜是全釩液流電池的核心組件之一，決定了釩電池的能量效率和使用壽命。目前釩電池質(zhì)子交換膜為Nafion系列，但昂貴價格，高釩離子透過率，低的電流效率制約了釩電池的商業(yè)化。研究開發(fā)一種低成本、化學(xué)穩(wěn)定性好、質(zhì)子傳導(dǎo)率高和釩離子滲透率低的質(zhì)子交換膜是推進(jìn)全釩液流電池應(yīng)用的關(guān)鍵。
　　磺化聚醚醚酮(sulfonated poly(ether

2、 ether ketone)，SPEEK)質(zhì)子交換膜具有低成本、高選擇性、制備簡單等優(yōu)點。作為釩電池膜材料使用時，電池能量效率與其磺化度高低有密切關(guān)系。低磺化度SPEEK的質(zhì)子傳導(dǎo)性低，不適合用于釩電池;高磺化度SPEEK的溶脹度大，增加了釩離子透過率。本論文通過摻雜功能化氧化石墨烯(GO)改性高磺化度的SPEEK膜，探討了復(fù)合膜結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。
　　以對苯二胺(PPD)為修飾劑，制備了氨基化氧化石墨烯(PPD-GO)，與SPE

3、EK共混制備了SPEEK/PPD-GO復(fù)合膜，對復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和性能、釩電池性能進(jìn)行了表征和測試。研究表明，PPD-GO與SPEEK基體界面處形成的酸堿離子對降低了復(fù)合膜的溶脹率和釩離子滲透率，保持了較高質(zhì)子傳導(dǎo)率。在30mA·cm-2電流密度下，含1 wt％ PPD-GO的SPEEK復(fù)合膜展現(xiàn)了良好的綜合性能，單電池的庫倫效率(96.9％vs91％)和能量效率(82.8％vs66.8％)均高于Nafion117膜。經(jīng)300次充放電循環(huán)測

4、試，SPEEK/PPD-GO-1膜具有良好的耐酸性和化學(xué)穩(wěn)定性。
　　采用4，4-二氨基二苯醚(ODA)和苯胺(AN)對GO進(jìn)行了化學(xué)修飾，制備了含氮量(3.04％)的氨基化石墨烯(ODA-AN-GO)，與SPEEK共混制備了SPEEK/ODA-AN-GO復(fù)合膜。研究表明，復(fù)合膜中氨基含量的增加，復(fù)合膜的酸堿離子對作用增強(qiáng)，提高了復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率。經(jīng)300次單電池循環(huán)，電池的庫倫效率和能量效率保持穩(wěn)定，2 wt％ ODA-AN-