全钒液流电池离子交换膜的研究进展

液流电池离子交换膜的主要作用是物理分隔正负极电解液同时又允许载电荷的离子的通过以实现完整的电流回路。全钒液流电池的电解液具有强的氧化性,且易于渗透而引起电池容量的降低,决定了其离子交换膜应具有独特的结构与性能。文中对近年来用于全钒液流电池的离子交换膜做了比较全面的归纳与分析,并对质子传导机理与膜的基本性能指标进行了阐述。     

全钒液流电池离子交换膜合成方法综述

全钒氧化还原液流电池(VRFB)具有储能效率高、循环寿命长、安全可靠、低成本等优点,在大规模储能中具有良好的应用前景.而作为VRFB的核心部件,离子交换膜应具有钒离子透过率低、电导率高、化学稳定性好等性能.总结了近年来国内外相关的研究进展,对比了不同合成方法的优缺点,并提出了开发适用于VRFB的高性能离子交换膜的建议.     

全钒液流电池离子传导膜研究进展

全钒液流电池(VFB)作为大容量、快速充放电、高效率的液流储能电池,是满足风能、太阳能发电及智能电网对大规模储能需求的一种理想储能装置。作为VFB的关键功能材料之一,离子传导膜既起到分隔正负极、防止电池短路的作用,又具备电荷载体的传导功能。介绍了VFB的工作原理及商业化离子传导膜的研究应用现状,对比分析了非氟离子传导膜实现电荷载体传导功能的改性方法,为新型离子传导膜的设计提供科学基础。     

全钒液流电池的质子传导膜研究进展

全钒液流电池(VRB)作为一种大规模的蓄电储能设备,在新能源发电和电网调峰等方面有重要应用.质子传导膜是钒电池的关键材料,对电池的性能、成本和寿命有着十分重要的影响.文章在简单介绍VRB的基本组成和原理以及对隔膜的性能要求的基础上,主要论述了目前报道的几种VRB隔膜材料及其改性方法,以及对电池性能的影响,最后对质子交换膜的发展方向和前景进行了总结和展望.     

热处理对全氟离子交换膜性能的影响

全氟离子交换膜(PFIEM)是质子交换燃料电池和离子膜氯碱工业的关键材料,在燃料电池、氯碱行业、钒电池等方面应用广泛,是目前无可替代的关键部件之一。它的结构与性能直接关系着电池或电解槽的性能好坏。热处理作为一种传统工艺过程,简便易行,广泛用于全氟离子交换膜性能的研究。从离子膜的不同性能出发,分别阐述了热处理对质子电导率、甲醇透过率、力学性能、选择渗透性等性能的影响,并总结了目前这方面研究的特点与发展方向。     

全钒液流电池用膜材料的研究进展

由于间歇性可再生能源供应的不断增加,电池储能系统在能源消费方面有巨大需求,钒氧化还原电池系统因其可扩展性和稳定性备受关注。膜材料是该类电池系统的关键组件,对电池系统的性能和运行成本有较大影响。基于Nafion基质子交换膜的钒离子选择性低和材料成本高等问题,研究者进行了大量探索。通过材料改性或使用替代材料可以提高膜性能、降低膜成本,进而促进该类电池系统的工业化应用。综述了不同类型膜材料的研发进展,分析了决定膜性能的重要因素,指出了未来可能提高电池系统性能、降低电池成本的新型膜材料的发展方向。     

全氟磺酸树脂的熔融挤出加工性能及其离子交换膜的制备

用熔融挤出法制得不同厚度、表观平整密实的全氟磺酸离子交换膜(PFSIEM).利用热失重(TGA)、示差扫描量热分析(DSC)、毛细管流变仪、X射线衍射(XRD)研究了全氟磺酸树脂(PFSR)的热稳定性、熔体流变特征及挤出薄膜的结晶特性.实验表明:在400℃之前树脂热稳定性很好;全氟磺酸树脂熔体属假塑性流体,具有切力变稀特性,可以用熔融挤出法加工成膜;熔融挤出加工过程几乎没有改变树脂的结晶性能,挤出薄膜有一定的结晶度.研究了挤出机螺杆转速与三辊上光机线速度对薄膜成型性的影响,结果表明:当螺杆转速超过45 r/min时,PFSR不能塑化成型为薄膜;特定螺杆转速下,在一定范围内调节上光机线速度可制得厚度不同的薄膜.     

全钒液流电池的质子传导膜研究

研究质子传导膜对全钒液流电池性能的影响,包括膜面电阻、阻钒性以及质子传导膜厚度,为研究开发适用于全钒液流电池的质子传导膜提供依据.通过测定钒电池循环充电/放电过程的效率、暂态极化曲线、静态交叉放电曲线,建立选择与优化膜材料的评价方法;在考察膜电导率、膜厚、阻钒性和机械强度的综合性能指标后,认为膜面电阻在0.3～0.5 Ω·cm2范围,具备优良阻钒性能条件下,膜厚约150 μm比较合适.使用符合该性能的聚偏氟乙烯质子传导膜时,钒电池能量效率超过70％,有望满足发展大容量蓄电储能装备的需要.     

具有同分异构体的磺化聚酰亚胺质子交换膜对全钒液流电池性能影响

由于具有同分异构结构的聚合物在性能方面具有明显的差异,文中以1,4,5,8-萘四甲酸酐(NTDA)为二酐单体,3,3’-二氨基二苯砜和4,4’-二氨基二苯砜提供同分异构结构单元,4,4’-二氨基-2,2’-二磺酸基-联苯水合物(BDSA)为磺化二胺单体,制备了2种具有不同空间构型的磺化聚酰亚胺(SPI),并将其作为质子交换膜(PEM)使用在全钒液流电池(VRFB)中。3,3’-二氨基二苯砜的螺旋结构可有效增强3-SPI化学结构的柔性,有助于分子链的缠结,使其具有优异的力学性能、尺寸稳定性和阻钒能力(8.08×10^-8cm²/min)。4-SPI构型的离子电导率(47.21 mS/cm)与Nafion 212膜(49.37 mS/cm)相似,但离子选择性(4.25×10⁵S·min/cm³)约是Nafion 212(1.08×10⁵S·min/cm³)的4倍。在单电池测试中,4-SPI仍表现出良好的综合性能,在160 mA/cm²电流密...     

侧链多阳离子型氟化聚芴醚阴离子交换膜及其全钒液流电池性能

阳离子基团的分布对阴离子交换膜的微观相态和阴离子传导率有显著的影响.为开发全钒液流电池用高性能阴离子交换膜,本文通过向含有二甲胺基团的氟化聚芴醚前驱体接枝含阳离子烷基链的方式,合成了具有相似离子交换容量的一系列侧链多阳离子型氟化聚芴醚.实验结果表明,多阳离子侧链的引入能促进微观相分离的形成并提升阴离子传导率.同时,侧链...     

燃料电池用质子交换膜的发展方向

从Nafion膜的结构与性能的关系出发，主要分析了含水量、分子结构以及膜的微观结构和酸度对质子电导率的影响，指出了Nafion膜待克服的问题如高温电导率低，甲醇渗透性大，提出了质子交换膜以后的发展方向，包括Nafion膜的修饰与改性，含氟高分子作为主链接枝带有磺酸的支链，有机聚硅氧烷主链接枝烷基磺酸质子交换膜．     

钒流电池用磺化聚芴醚酮-聚苯胺原位表面复合质子交换膜的制备

质子交换膜是液流电池的核心部件之一。文中以磺化聚芴醚酮(SPFEK)膜为基膜,采用稀溶液化学氧化聚合法在SPFEK膜表面原位复合一层聚苯胺,通过调整苯胺(An)单体的浓度,制得SPFEK/PANI复合膜。采用扫描电镜与红外光谱表征了复合膜的结构,表明聚苯胺已经成功地在SPFEK膜表面复合。通过钒流单电池的性能测试,结果表明,当苯胺单体的浓度为0.05 mol/L时,所制备的复合质子交换膜具有最高的H+传导选择性,所组装的钒流电池具有最好的自放电性能,在充放电流为50 m A/cm~2时,电池的库仑效率、电压效率、能量效率分别达到95%,83%,75%。     

磺化SEBS质子交换膜制备和性能的研究

利用“预混法”对苯乙烯-乙烯/丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SEBS）进行了磺化,采用溶液-浇铸法成膜,并对其制备过程和膜的性能进行了研究。结果表明,FT-IR分析判断磺酸基团接入PS段的苯环对位上;该法平均磺化效率为12％;溶剂DCE与环己烷的加入量体积之比为8：1左右时磺化度达到最高;电导率、含水量、溶涨率和水合系数都以磺化度为15％左右处为一临界点,此前都增长缓慢,此后迅猛增长,然后前三者在磺化度为20％左右增加趋于缓慢,不同的是,而由于“亲水区域”的存在,水合系数在磺化度为20％左右达到最高,随后便逐渐减小;当磺化度达到40％以上,膜的几乎成为水溶性;AFM研究表明磺化后PS相以大小为20～30nm的柱状存在,并有交叉汇合的趋势。     

An overview of amphoteric ion exchange membranes for vanadium redox flow batteries

Vanadium redox flow battery(VRB),as the most promising large-scale electrical energy storage units,has attracted extensive attention.Amphoteric ion exchange membrane(AIEM),as the core part of VRB,separates electrolyte on both sides of electrolytic tank and conducts H~+.The AIEM with cation and anion groups possesses excellent performances,such as high ion conductivity(σ),low vanadium ion permeability(Pvn+),relative stability and low cost.However,the performance of AIEM directly depends on the chemical structure of polymers.In addition to ensuring foundational physical performance,ion selectivity of AIEM is significant since the crossover of vanadium ion with various valences may reduce the battery capacity.In this paper,AIEMs for VRB and their chemical structures as well as synthesis approaches to realize all kinds of high-performing AIEMs are reviewed.The current trend and future direction of prospective materials for the VRB separators are documented in detail as well.     

氧化石墨烯/笼型聚倍半硅氧烷星型嵌段共聚物复合质子交换膜的制备与性能

通过共混的方法制备了含笼型聚倍半硅氧烷(POSS)星型拓扑结构嵌段共聚物的氧化石墨烯(GO)/笼型聚倍半硅氧烷-(聚甲基丙烯酸甲酯-共聚-磺化聚苯乙烯)(POSS-(PMMA₂₆-b-SPS₁₅₆)₈)复合质子交换膜。通过研究复合质子交换膜的离子交换容量(IEC)、质子传导率、吸水率与溶胀率,考察了GO含量对复合质子交换膜性能的影响。研究发现:复合质子交换膜的离子交换容量随GO含量的增加而升高,吸水率和溶胀率随着GO加入而降低,在测定温度范围内复合质子交换膜均表现出较高的尺寸稳定性,GO的添加改善了纯聚合物膜在80℃失水导致传导率下降的问题,提高了质子交换膜的质子传导率,发现在相对湿度为100%、80℃时,GO含量为0.3wt%的复合质子交换膜的质子传导率约为纯聚合物膜的3.2倍。      

燃料电池用新型质子交换膜的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效、清洁、高能量密度和高功率密度等诸多优点正引起人们越来越多的关注和研究．目前,质子交换膜是制约PEMFC技术应用的一个主要问题．为此,开发性能良好、成本经济的新型质子交换膜是一项很有意义的工作、综述了近几年国内外在新型质子交换膜(包括全氟磺酸膜、部分含氟磺酸膜、非氟质子交换膜)方面的研究进展．     

Recent advances in metals and metal oxides as catalysts for vanadium redox flow battery:Properties,structures,and perspectives

Vanadium redox flow battery(VRFB)is a kind of battery with wide application prospect.Electrode mate-rial is one of the key components of VRFB,and its stability directly affects the performance of battery.Among all kinds of electrode materials,carbon-based material has the best comprehensive properties.However,carbon-based electrodes still have disadvantages such as poor hydrophilicity and low electro-chemical activity which need to be improved.One of the effective ways to improve the performance of electrode is to modify carbon-based material with metals and metal oxides.The metal catalysts have excellent electrical conductivity and high catalytic activity.The metal oxide catalysts have the advan-tages of low cost,wide variety and strong oxidizing properties.This work introduced the application of metal and metal oxide modified electrodes in VRFB in recent years,classified the catalysts,studied their catalytic performance and mechanism.The metal catalysts were reviewed from precious metals and base metals.The metal oxide catalysts were classified and discussed according to the similar proper-ties of the same group elements.This work compared different modification methods,summarized the research progress of metal and metal oxide modification,and proposes the future development direction of electrodes and catalysts.