一种磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法及其产品和应用与流程

本发明属于离子膜，具体涉及一种磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法及其产品和应用。

背景技术：

1、离子交换膜是全钒液流电池的重要组件，nafion膜是全氟磺酸阳离子交换膜，是最常用的一种商用全氟离子交换膜，其分子的骨架为疏水的聚四氟乙烯(ptfe)结构，侧链的全氟乙烯基醚结构上连有亲水的磺酸基团，从而形成了明显的亲水-疏水微相分离结构，为离子的传导提供了通道，因此膜具有较高的离子传导能力且稳定性较好。但nafion膜应用于钒电池时，钒离子渗透率较高且价格昂贵。

2、为了降低制作成本，提高电池性能，研究者做了大量研究工作，非氟磺酸膜具有良好的热稳定性和机械稳定性，制作简单，成本远低于商业的nafion膜，具有广阔的应用前景。磺化聚醚醚酮(speek)成本低廉，制作简单，芳香骨架有助于保持热稳定性和机械稳定性，使speek具有一定刚性。纯的speek膜在高温和低湿度下质子电导率低，磺化度(ds)与speek膜的电导率密切相关，高磺化度的speek膜，具有高电导率。高磺化度时，膜吸水增多，溶胀增大，破坏了膜的机械性能。因此，如何提高膜的使用性能降低其缺陷一直是研究的焦点。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法及其产品和应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明提供了一种磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法，包括以下步骤：对聚醚醚酮(peek)进行磺化处理，得到磺化聚醚醚酮；对聚四氟乙烯膜进行预处理，得到预处理后的聚四氟乙烯膜；将所述磺化聚醚醚酮加入有机溶剂中，得到膜液，之后将所述膜液涂覆在所述预处理后的聚四氟乙烯膜上，然后进行热处理，即得所述磺化聚醚醚酮基复合离子膜；

4、所述预处理方法为：首先对聚四氟乙烯膜进行氧化处理，去除有机物，之后再进行酸化处理，增加亲水位点。

5、作为本发明的优选方案，所述磺化聚醚醚酮的磺化度为60～65％。

6、作为本发明的优选方案，所述聚四氟乙烯膜的厚度为15～25μm；所述氧化处理的方法为：将聚四氟乙烯膜置于浓度为2～4wt％的双氧水中，加热至70～90℃，保温浸泡3～5h。

7、作为本发明的优选方案，所述酸化处理的方法为：将氧化处理后的聚四氟乙烯膜置于浓度为0.4～0.6mol/l的硫酸中，加热至70～90℃，保温浸泡3～5h，之后洗涤至ph为中性。

8、作为本发明的优选方案，所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或n-甲基-2-吡咯烷酮；所述膜液中，磺化聚醚醚酮的浓度为5～7wt％。

9、作为本发明的优选方案，所述涂覆方法为熔融浇铸法；所述涂覆为双面全涂覆，涂覆厚度为25～35μm。

10、作为本发明的优选方案，所述热处理的方法为：首先加热至溶剂挥发，之后加热至100～150℃，保温3～5h。

11、本发明还提供了一种根据上述所述的磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法制备得到的磺化聚醚醚酮基复合离子膜。

12、本发明同时提供了上述所述的磺化聚醚醚酮基复合离子膜在钒电池中的应用。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、本发明首先对ptfe膜进行氧化处理，再进行酸化处理，使得ptfe膜的亲水能力得到提升，之后与speek复合，使制备的复合离子膜具有较高的质子电导率，且机械性能明显提升，有效提高了其应用于钒电池中的稳定性。

15、本发明制备的复合离子膜价格低廉，且方法简单，性能优异，适于推广。

技术特征：

1.一种磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对聚醚醚酮进行磺化处理，得到磺化聚醚醚酮；对聚四氟乙烯膜进行预处理，得到预处理后的聚四氟乙烯膜；将所述磺化聚醚醚酮加入有机溶剂中，得到膜液，之后将所述膜液涂覆在所述预处理后的聚四氟乙烯膜上，然后进行热处理，即得所述磺化聚醚醚酮基复合离子膜；

2.根据权利要求1所述磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法，其特征在于，所述磺化聚醚醚酮的磺化度为60～65％。

3.根据权利要求1所述磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法，其特征在于，所述氧化处理的方法为：将聚四氟乙烯膜置于浓度为2～4wt％的双氧水中，加热至70～90℃，保温浸泡3～5h。

4.根据权利要求1所述磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法，其特征在于，所述酸化处理的方法为：将氧化处理后的聚四氟乙烯膜置于浓度为0.4～0.6mol/l的硫酸中，加热至70～90℃，保温浸泡3～5h，之后洗涤至ph为中性。

5.根据权利要求1所述磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或n-甲基-2-吡咯烷酮；所述膜液中，磺化聚醚醚酮的浓度为5～7wt％。

6.根据权利要求1所述磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法，其特征在于，所述涂覆方法为熔融浇铸法；所述涂覆厚度为25～35μm。

7.根据权利要求1所述磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法，其特征在于，所述热处理的方法为：首先加热至溶剂挥发，之后加热至100～150℃，保温3～5h。

8.一种根据权利要求1～7任一项所述的磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法制备得到的磺化聚醚醚酮基复合离子膜。

9.权利要求8所述的磺化聚醚醚酮基复合离子膜在钒电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种磺化聚醚醚酮基复合离子膜的制备方法及其产品和应用，属于离子膜技术领域。所述制备方法包括：对聚醚醚酮进行磺化处理，得到磺化聚醚醚酮；对聚四氟乙烯膜进行预处理，得到预处理后的聚四氟乙烯膜；将所述磺化聚醚醚酮加入有机溶剂中，得到膜液，之后将所述膜液涂覆在所述预处理后的聚四氟乙烯膜上，然后进行热处理，即得磺化聚醚醚酮基复合离子膜；所述预处理方法为：首先对聚四氟乙烯膜进行氧化处理，之后再进行酸化处理。本发明首先对PTFE膜进行氧化处理，再进行酸化处理，之后与SPEEK复合，使制备的复合离子膜具有较高的质子电导率，且机械性能明显提升，有效提高了其应用于钒电池中的稳定性。

技术研发人员：孟青
受保护的技术使用者：山西国润储能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16