液流电池隔膜、制备方法及其应用与流程

本申请涉及液流电池领域，具体地涉及一种液流电池隔膜及其应用。

背景技术：

1、目前减少石化能源的利用以降低二氧化碳的排放来改善全球自然环境成为一个重要课题，而使得新能源发电规模快速增长，其逐步地取代传统石化能源的成为可能。为了弥补新能源发电的波动性、间歇性的缺点，人们对储能技术的需求越来越迫切，目前储能技术的发展相对于新能源发电技术的发展具有较大的滞后性，需要各方面广泛地关注从而快速推动其发展。

2、随着新能源发电技术的迅速发展的需求，液流电池的发展与应用同样在全球受到了广泛的重视。液流电池的主要作用是将电能转化为化学能而储存在电解质溶液中，在需要时再将电解质溶液中的化学能转化为电能释放到电网或者外部负荷。隔膜作为液流电池的核心材料之一，其作用是隔膜充当屏障，阻隔正负极活性物质，防止电解液间相互混合，从而抑制电池的自放电行为，但同时又要让所需离子选择性通过，形成电池内部的离子通道，构建完整的导电回路。

3、锌溴液流电池是一种以锌为负极、溴为正极的新型液流电池，通常使用溴化锌和添加剂的水溶液作为电解液，电池在运行过程中，锌通常会有不规则锌(锌枝晶)生成，导致电池性能下降甚至内部隔膜被穿透；此外，电解液中的溴离子具有强腐蚀性，同样会穿透隔腐蚀隔膜，降低电池的循环寿命，并降低锌溴液流电池的稳定性。目前锌溴液流电池体系中广泛使用的质子交换膜，工艺复杂、价格昂贵，且不能长期浸泡在具有腐蚀性的溴化锌电解液中，阻碍了锌溴液流电池的技术发展。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种液流电池隔膜，能够提高反应速率，并降低溴腐蚀和锌枝晶刺穿隔膜的风险。

2、本申请的另一个目的在于提供一种液流电池隔膜的制备方法，工艺简单，应用范围广。

3、为达到以上目的，本申请采用的技术方案为：提供一种液流电池隔膜，包括由超高分子聚烯烃制成的pe膜，以及由纳米二氧化硅材料涂覆在所述pe膜上形成的改性层，所述pe膜的至少一侧设置有凸起部，所述凸起部包括若干筋条，各所述筋条之间形成流道，所述流道用于电解液的流通。

4、作为一种优选，所述凸起部包括沿水平方向交替设置的第一侧列和第二侧列，所述第一侧列和所述第二侧列分别包括若干沿竖直方向相互平行的所述筋条，所述第一侧列的筋条与所述第二侧列的筋条所在的延长线夹角为α，60°≤α≤180°。

5、作为另一种优选，所述第一侧列间的各所述筋条相互平行且等间距分布，所述第二侧列之间的各所述筋条相互平行且等间距分布，各相互平行的所述筋条之间的间距为4～9mm。

6、作为另一种优选，所述筋条高度为0.1～0.5mm。

7、作为另一种优选，所述pe膜的厚度为400～800μm，所述改性层的厚度为100～500μm。

8、作为另一种优选，所述超高分子聚烯烃为分子量大于1000000的聚乙烯材料。

9、作为另一种优选，所述隔膜的孔径为10～40nm，孔隙率大于等于65％，所述隔膜的拉伸强度大于200％。

10、本申请还提供一种液流电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

11、s1：使用模具将超高分子聚烯烃制成所述pe膜，所述pe膜的至少一侧设置有所述凸起部；

12、s2：将20～50质量份的所述改性纳米二氧化硅、20质量份的粘结剂和30～60质量份的络合剂的混合物涂覆于所述pe膜上，干燥后得到所述改性层。

13、作为另一种优选，所述纳米二氧化硅材料的粒径为10～40nm。

14、本申请还提供一种液流电池，包括上述任一描述的液流电池隔膜，或上述任一制备方法制得的液流电池隔膜。

15、与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

16、(1)本申请的隔膜通过独特的筋条结构设计，增大与电解液的接触面积，从而提高电池的反应效率和输出功率；

17、(2)本申请通过筋条在基膜表面呈鱼骨状排列形式而形成独特的电解液流道，能够促使电解液更快的流通，降低内部阻力，从而提高液流电池的反应速率；

18、(3)本申请的基膜采用pe膜及改性层的双层结构设计，改性层涂覆纳米二氧化硅的混合物，在pe膜表面形成三维网状结构，一是通过孔径的大小限制溴络合物接触pe膜，二是网状结构内部的络合剂可以二次捕获进入网状结构中的溴离子，实现二次防护，从而降低溴离子腐蚀隔膜的风险；

19、(4)本申请的隔膜通过设计独特的筋条结构，能够引导电解液中的锌离子在筋条附近沉积，避免锌离子生成锌枝晶而刺穿隔膜，能够有效提高隔膜的使用寿命；

20、(5)本申请的液流电池隔膜制备工艺简单、可操作性强，能够广泛地应用在液流电池的隔膜中，推动液流电池规模化发展。

技术特征：

1.一种液流电池隔膜，其特征在于，包括由超高分子聚烯烃制成的pe膜，以及由纳米二氧化硅材料涂覆在所述pe膜上形成的改性层，所述pe膜的至少一侧设置有凸起部，所述凸起部包括若干筋条，各所述筋条之间形成流道，所述流道用于电解液的流通。

2.如权利要求1所述的液流电池隔膜，其特征在于，所述凸起部包括沿水平方向交替设置的第一侧列和第二侧列，所述第一侧列和所述第二侧列分别包括若干沿竖直方向相互平行的所述筋条，所述第一侧列的筋条与所述第二侧列的筋条所在的延长线夹角为α，60°≤α≤180°。

3.如权利要求2所述的液流电池隔膜，其特征在于，所述第一侧列间的各所述筋条相互平行且等间距分布，所述第二侧列之间的各所述筋条相互平行且等间距分布，各相互平行的所述筋条之间的间距为4～9mm。

4.如权利要求1～3任一所述的液流电池隔膜，其特征在于，所述筋条高度为0.1～0.5mm。

5.如权利要求1所述的液流电池隔膜，其特征在于，所述pe膜的厚度为400～800μm，所述改性层的厚度为100～500μm。

6.如权利要求1所述的液流电池隔膜，其特征在于，所述超高分子聚烯烃为分子量大于1000000的聚乙烯材料。

7.如权利要求1所述的液流电池隔膜，其特征在于，所述隔膜的孔径为10～40nm，孔隙率大于等于65％，所述隔膜的拉伸强度大于200％。

8.如权利要求1～7任一所述的液流电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅材料的粒径为10～40nm。

10.一种液流电池，其特征在于，包括权利要求1～7任一所述的液流电池隔膜，或由权利要求8～9任一制备方法制得的液流电池隔膜。

技术总结
本申请公开了一种液流电池隔膜、制备方法以及其在液流电池中的应用，液流电池包括由超高分子聚烯烃制成的PE膜，以及由纳米二氧化硅材料涂覆在PE膜上形成的改性层，PE膜的至少一侧设置有凸起部，凸起部包括若干筋条，各筋条之间形成流道，流道用于电解液的流通。本申请的液流电池隔膜，能够增大反应面积，提高反应速率，并降低溴腐蚀和锌枝晶刺穿隔膜的风险。

技术研发人员：周艳慧,汪洋,黄靖云,叶志镇
受保护的技术使用者：温州锌时代能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13