专利名称：一种增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及全钒氧化还原液流电池(VRB)用离子交换膜领域，特别涉及一种增 强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜及其制备方法。
背景技术：
随着国民经济快速发展，能源、资源和环境保护间的矛盾日益突出，促使传统 的能源系统迫切的向可再生能源转变。
调整当前电力能源结构，开发规模化利用风能、太阳能等可再生清洁能源，已 经成为我国电力能源发展的基本国策。风能、太阳能等可再生能源发电过程具有不连续 和不稳定的特点，需要配备蓄电储能装置，才能实现连续、稳定的电能输出，以避免对 局部电网产生冲击而引发的大规模恶性事故。到目前为止，在世界范围内所开发的新电 池技术中，全钒氧化还原液流电池(Redox flow cell)无疑是最有前途的，这种电池具有使 用规模大、寿命长、能量效率高、环境友好、电流连续性好等优点，通过全钒氧化还原 液流电池储能可以实现在现有的电网系统中的“削峰填谷”作用，能够缓和电力供需矛 盾，提高发电设备利用率，降低火力发电能耗。
全钒氧化还原液流电池是用V (II)/V (III)和V (IV)/V (V)氧化还原电对的H2SO4 溶液分别作正负半电池电解液的。H2SO4电离成H+和S042_，然后电解液中H+持续代替 离子交换膜中的H+，并进入另一室电解液中，完成导电过程。当放电时，电池正极电解 液中的VO2+离子被还原为VO2+离子，负极电解液中的V2+离子被氧化为V3+离子。当充 电时，过程刚好相反。
钒电池电极反应如下所示
正极
负极
权利要求
1.一种增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜，其特征在于由含有磺酸基团的全 氟磺酸离子交换树脂为成膜树脂，树脂溶解于有机溶剂中得到成膜溶液，由成膜溶液形 成全氟磺酸离子交换膜；在全氟磺酸离子交换膜中间有一层聚四氟乙烯网布作为增强材 料；或者，在两层聚四氟乙烯网布中间有一层全氟磺酸离子交换膜。
2.按照权利要求1所述的增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜，其特征在于所述 全氟磺酸离子交换树脂的成膜溶液通过涂抹、加热与增强网牢固结合。
3.按照权利要求1所述的增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜，其特征在于所述 聚四氟乙烯网布是采用玻璃纤维为基材编织成网状基布，再涂覆聚四氟乙烯树脂；网布 的网格为 0.3X0.3mm-10X10mm，厚度为 0.01mm-1.2mm。
4.按照权利要求1所述的增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜，其特征在于所述 聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物，基本结构为
5.按照权利要求1所述的增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜，其特征在于所述 全氟磺酸离子交换树脂的结构为—[CF2-CF2]x[CF-CF2]yI[OCF2CF] ,-O(CF2)nSO3HCF3其中，X2l，Y>0, Z = 0-3，n2l。
6.按照权利要求1所述的增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜，其特征在于全氟 磺酸离子交换树脂的交换容量为IEC = 0.67-1.3_ol/g。
7.按照权利要求1所述的增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在 于，具体步骤如下(1)将全氟磺酸离子交换树脂按质量比w= 5% -30%溶解到有机溶剂中，反应釜加 热至110°C-250°C保温l_4h溶解树脂，得到均勻、清澈的成膜溶液；(2)将制取的成膜溶液在超声波震荡器中震荡30min-60min，使溶液细化并驱除其中 的微小气泡；(3)取成膜溶液在洁净的模具上浇铸，加热至80°C-12(TC，恒温l_2h，然后再将聚 四氟乙烯网布平整的放在成膜溶液上，最后将剩下成膜溶液涂抹在聚四氟乙烯网布上， 通过加热120°C-180°C、恒温l_4h将溶剂蒸发、冷却至室温，得到的膜用蒸馏水清洗， 50-70°C烘干，得到增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜。
8.按照权利要求1所述的增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在 于，具体步骤如下(1)将全氟磺酸离子交换树脂按质量比w= 5% -30%溶解到有机溶剂中，反应釜加 热至110°C-250°C保温l_4h溶解树脂，得到均勻、清澈的成膜溶液；(2)将制取的成膜溶液在超声波震荡器中震荡30min-60min，使溶液细化并驱除其中的微小气泡；(3)将成膜溶液涂抹在一层聚四氟乙烯网布上，再在成膜溶液上覆盖一层聚四氟乙烯 网布，通过加热120°C _180°C、恒温l_4h将溶剂蒸发、冷却至室温，得到的膜用蒸馏水 清洗，50-70°C烘干，得到增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜。
全文摘要
本发明涉及全钒氧化还原液流电池(VRB)用离子交换膜领域，特别涉及一种增强型钒电池用全氟磺酸离子交换膜及其制备方法。由含有磺酸基团的全氟磺酸离子交换树脂为成膜树脂，树脂溶解于有机溶剂中得到成膜溶液，由成膜溶液形成全氟磺酸离子交换膜；在全氟磺酸离子交换膜中间有一层聚四氟乙烯网布作为增强材料；或者，在两层聚四氟乙烯网布中间有一层全氟磺酸离子交换膜。该膜即具有高的化学稳定性、高的电流密度，又比全氟磺酸膜机械强度高、交换容量高、成本低，可以解决现有技术中存在的全氟磺酸离子交换膜都存在交换容量高而机械强度低、机械强度高而交换容量低的问题，主要应用于全钒氧化还原液流电池(VRB)。
文档编号H01M8/02GK102024928SQ20091018756
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月23日 优先权日2009年9月23日
发明者严川伟, 刘建国, 赵丽娜 申请人:中国科学院金属研究所