SPEEK膜与Nafion膜在钒液流电池中的应用研究

研究了Nafion膜与SPEEK膜两种质子交换膜的含水率、膨胀率、阻钒性能以及在钒液流电池样机中的充放电性能,并结合两种隔膜的基本化学结构对产生这些差异的原因进行了分析.静态测试结果表明.SPEEK膜的含水率、膨胀率大于Nafion膜,其阻钒性能也比Nafion膜好.在钒液流电池样机中的充放电测试结果表明,Nafion膜的质子交换能力优于SPEEK膜.SPEEK膜与Nafion膜性能的差异可能与两者化学骨架结构以及磺化基团差异有关.     

液流钒电池用TiO2/Nafion/PP质子交换膜的研究

以聚丙烯膜(PP)为基体,采用浸渍法制备了新型质子交换膜Nafion/PP膜,并通过掺杂的方式制备了复合膜TiO2/Nafion/PP。采用扫描电镜仪(SEM),红外光谱对复合膜进行了表征,测定了膜的质子交换容量和电导率,并考察了以两种复合膜作为隔膜的液流钒电池的电化学性能。结果表明:TiO2掺杂改性以后,TiO2/Nafion/PP的质子交换容量为0.7298mmol/g,含水率为17.86%,分别比Nafion/PP膜提高了75%和117%,复合膜电导率比Nafion/PP提高了27%。电化学测试结果表明:以TiO2/Nafion/PP为隔膜的模拟液流钒电池电池效率为67.76%,显示出优良的循环稳定性。     

全钒液流电池用阳离子交换膜研究进展

离子交换膜作为钒电池的关键材料之一,其性能优劣严重影响钒电池的电化学性能.为制备钒电池产业需要的阳离子交换膜,需要掌握低成本批量化生产工艺并提高现有阳离子交换膜性能.介绍了两种成熟的可规模化生产阳离子交换膜的生产工艺,从Nafion膜的改性与新型阳离子交换膜合成两个方面,对阳离子交换膜近年来的研究现状进行综述.     

聚苯醚阴离子膜的改性及在钒电池中的性能

阴离子交换膜具有优异的阻钒性能,但是其电化学性能和化学稳定性低于阳离子交换膜,阻碍了其在全钒氧化还原电池中的应用。选用国内商业化聚苯醚(PPO)阴离子膜作为基膜,采用了两种不同的方法在阴离子交换基膜中引入阳离子交换基团成为两性离子交换膜。结果表明,二种改性方法均能提高膜的IEC、电导率等基本性能和电化学性能。由于全氟磺酸溶液(PFSA)改性后隔膜的阻钒离子能力显著提高,该膜组装的电池的能量效率和电流效率分别提高3.2%和6.7%。     

PVI/Pd-Nafion改性膜在直接甲醇燃料电池中的应用

用聚乙烯基咪唑/Pd复合物制作浸渍液,对Nafion膜进行浸渍,实现Nafion膜结构改性。并对Nafion改性膜的质子导电性、甲醇渗透性与未改性Nafion膜进行了对比测试;基于改性膜和未改性膜分别组装了单电池,对其性能进行测试。结果表明:改性膜中聚乙烯咪唑和Pd的含量随浸渍时间的增长而增加。同未改性Nafion膜相比,浸渍20 h得到的改性膜具有更低的甲醇渗透率、更高的质子电导率,电池性能明显提升。应用改性膜可改善直接甲醇燃料电池的甲醇渗透问题。     

质子交换膜燃料电池用g-C_3N_4/Nafion复合膜的制备与性能

合成了石墨相碳氮纳米片(g-C_3N_4),并将其与Nafion树脂共混制备了复合膜,发现在膜中加入适量的g-C_3N_4对提高膜的电导率有显著效果,当膜中g-C_3N_4含量为Nafion树脂质量的0.25%时,膜在30℃下的电导率从0.074 3S/cm上升到0.110 6 S/cm,这主要是由于纳米片上的碱性基团与树脂上的磺酸根形成了酸碱对,加快了质子传输。将商业化Nafion 211膜与复合膜分别组装成单电池进行性能测试,结果表明,使用复合膜组装成的单电池的最大功率较Nafion 211膜组装成的单电池提高了16.9%,且通过交流阻抗测试(EIS)发现复合膜的电阻明显小于Nafion 211膜,进一步证实了g-C3N4改性Nafion膜的有效性与可行性。     

磺化皂土改性直接甲醇燃料电池用Nafion膜

以磺化皂土和正硅酸乙酯(TEOS)为掺杂物,采用溶胶-凝胶法掺杂改性Nafion 212膜,并制成膜电极组件(MEA)。通过计时电流、交流阻抗等测试,研究了Nafion 212膜改性前后的甲醇渗透系数、质子电导率及电池功率密度等。改性后的Nafion 212膜,甲醇渗透系数比改性前降低了86%,质子导电率达到69.6 mS/cm;单体电池性能和甲醇渗透电流测试发现:改性膜制备的MEA的甲醇渗透电流密度在30℃和55℃时分别比改性前降低67.7 mA/cm2和61.5 mA/cm2。     

VRB用季铵化聚醚砜阴离子交换膜

对聚醚砜(PES)进行氯甲基化、季铵化改性,制备了季铵化PES(QAPES)阴离子交换膜,考察了不同离子交换容量(IEC)膜的含水率、面电阻(R)、化学稳定性及单体全钒氧化还原液流电池(VRB)的性能。IEC为1.47 mmol/g的QAPES膜的R为0.66Ω.cm2,在1.5 mol/L VO2+溶液中浸泡30 d,质量损失为4.5%,单体VRB的能量效率可达84.4%。     

SPSU/PWA/SiO2有机-无机复合质子交换膜的研究

以磺化聚砜(SPSU)、磷钨酸(PWA)和二氧化硅(SiO2)溶胶为原料,制备了一种SPSU/PWA/SiO2有机-无机复合质子交换膜。研究了SiO2对复合膜的抗氧化性、膜内PWA的稳定性、阻醇性、电导率等性能的影响。研究表明:当SiO2掺杂质量分数为2%时,复合膜显示了最佳的性能;80℃下,质子传导率超过Nafion膜,达到0.166S/cm,而甲醇渗透系数约为Nafion117膜的1/10。     

高功率密度质子交换膜燃料电池研究

采用低铂载量E TEK电极组装质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,研究了质子交换膜厚度、电极立体化的聚合物电解质Nafion含量和操作条件对PEMFC性能的影响 ,同时对电池进行了稳定性试验。实验发现 :(1)使用薄膜电解质(Nafion 112 )显著提高了电池性能 ;(2 )电极立体化的Nafion含量为 0 .9mg/cm2 时性能最佳 ;(3)提高电池温度和气体压力有利于改善电池性能 ;(4 )Nafion 112膜和低铂载量E TEK电极组装的PEMFC稳定性良好 ,在 90 0h内未见电池性能下降 ,且质子交换膜和电极之间相互结合良好 ,无断裂或分层现象发生     

全钒液流电池用石墨毡电极材料的电化学处理

研究了用电化学氧化法处理石墨毡电极并用于钒电池的性能,用正交试验法考察了电化学氧化处理的最佳工艺参数。采用处理后的石墨毡电极和国产离子交换膜组装成电池,在30mA/cm2下充放电,电压效率可达85%,能量效率可达95%,且循环性能稳定,与同种材料用酸及热处理得到的石墨毡电极对比性能优越。电化学氧化后的石墨毡作钒电池正极的效果优于负极。     

全钒离子液流电池的应用研究

采用循环伏安法研究了全钒离子液流电池正极溶液的浓度及添加剂对正极反应的影响。研究了两种离子交换膜对钒电池性能的影响。结果表明 :高浓度的钒离子溶液 ,其循环伏安表现不理想 ,而添加剂过氧化氢对还原过程有利。隔膜研究显示 :阳离子交换膜SelemionCMV有利于提高充放电电流和充电效率 ,但是机械强度较差 ,不利于长期使用。     

全钒液流电池离子交换膜研究进展

全钒液流电池是近年来储能电池的研究热点,离子交换膜是其关键部件之一。总结了近年来全钒液流电池用离子交换膜的研究进展,提出了未来可能的研究方向。     

钒电池电解液浓度与稳定性研究

分别考察了硫酸浓度为4.3 mol/L,钒离子浓度分别为1.5、1.6、1.7 mol/L的钒电解液,和钒浓度为1.6 mol/L,硫酸浓度分别为4.1、4.3、4.5 mol/L的钒电解液,在高低温下的稳定性、电化学性能、在隔膜中的钒离子渗透率等。通过考察得知,电解液钒离子浓度为1.6 mol/L,硫酸浓度为4.3 mol/L的电解液综合性能最佳。     

离子交换膜全钒液流电池的研究

阴离子交换膜JAM-10和阳离子交换膜Nafion-117用于全钒液流电池,其物理和电化学性能的研究表明:全氟化Nafion-117膜的机械强度和化学稳定性优于JAM-10膜,且Nafion-117膜的导电性好,适合大电流充放电,但正、负极钒溶液更易于相互渗透,水的转移快,电池的库仑效率低于用JAM-10膜的电池.JAM-10膜对阳离子存在排斥效应,可有效抑制正、负极溶液的交叉污染,但水的转移减慢,电极电阻增大;JAM-10膜电池的库仑效率高,而电压效率低,大电流充放电时更明显.     

锂锰氧化物的湿化学合成研究进展

阐述了各种湿化学合成方法的基本原理 ,评述了沉淀法、胶体化学法、水热法及离子交换法等湿化学方法合成锂锰氧化物的研究进展。其中溶胶 凝胶法和Pechini法所得产物的均匀性好 ,比表面积大 ,容量较高 ,但其流程相对较复杂 ;水热法和离子交换法合成锂锰氧化物的研究还处于起步阶段 ,但其展示了一步反应法合成锂锰氧化物的良好前景     

添加剂对钒电池电解液性质的影响

在含3 mol/L钒离子的钒硫酸溶液中分别加入碱金属硫酸盐、碱金属草酸盐以及有机物脲和甘油等添加剂,提高了电解液稳定性。探讨了添加剂影响钒硫酸溶液稳定性的机理。对含添加剂的钒硫酸溶液的电导率的测定表明,适量添加剂不会降低溶液的电导率,有些甚至稍有提高。对含有添加剂的钒硫酸溶液进行了循环伏安试验,表明添加剂的加入不会对钒硫酸溶液的电极反应产生不利影响。     

甲醇阻隔膜的改性和表征

为了表征质子交换膜阻隔甲醇渗透的性质,建立了以电化学循环伏安法直接测量质子交换膜甲醇渗透率的快速检测方法,表征了不同Nafion膜的甲醇渗透性能.实验结果表明:该方法能较好地评价膜的耐甲醇渗透性能.以纳米硅溶胶修饰Nafion膜,结果显示:经修饰后的膜具有明显的阻隔甲醇渗透的性能.     

提高钒电池电解液的稳定性

为获得高比能量的钒电池电解液 ,在钒硫酸溶液中分别添加 2 %甘油和 2 %硫酸钠 ,提高了溶液中钒离子的溶解度和稳定性。利用循环伏安法测量含添加剂的钒硫酸溶液 ,得出溶液中少量的甘油和硫酸钠不会对钒氧化还原反应的可逆性产生不利的影响。用含甘油的钒硫酸溶液作为电池电解液组装钒电池 ,测量了电池的充放电性能 ,表明含 2 %甘油的钒硫酸溶液单位体积的电容量较大。