聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜、其製備方法及液流電池的製作方法
2023-07-15 07:27:01 1
聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜、其製備方法及液流電池的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜，包括磺酸化聚合物離子交換膜基膜，還包括作為夾層保護膜貼合在所述基膜的單側或雙側的聚四氟乙烯微孔膜。還公開了所述聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜的製備方法以及採用所述聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜的液流電池。本發明的聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜能同時滿足高離子選擇性和高穩定性的要求，能顯著提高其所應用的液流電池特別是全釩液流電池的效率和循環壽命。
【專利說明】聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜、其製備方法及液流電池
【技術領域】
[0001]本發明涉及液流電池，特別是涉及一種聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜、該離子交換膜的製備方法及採用該離子交換膜的液流電池。
【背景技術】
[0002]能源和環境一直是人類社會生存和發展的關鍵因素。為了解決當前能源消費與環境汙染的矛盾，實現國民經濟的可持續發展，人們開始開發和利用可再生能源，如太陽能、風能、潮汐能等，然而這些可再生能源的發電具有不穩定性和不連續性。為了實現後續發電的穩定和連續，開發高效優良的規模儲能技術極為重要。液流電池(flow battery)因其蓄電容量大、循環壽命長、環境友好、選址自由、快速響應、容易實現規模化、可深度放電等優點而成為大規模儲能的理想形式，廣泛應用於可再生能源發電儲能、電網調峰、智能電網、不間斷電源等方面。其中，全I凡液流電池(Vanadium redox flow battery,簡稱VRB或I凡電池)具有能量轉換效率高、結構簡單、系統設計(功率與容量)靈活、維護費用低等優點，被認為是最容易實現規模化應用且極具潛力的一種液流電池。
[0003]離子交換膜是制約液流電池發展的關鍵材料之一，主要具有兩個作用:分隔正負極和傳導離子。理想的離子交換膜應具有以下特性:高的離子選擇性(即較高的離子電導率和較低的活性物質滲透率)、良好的化學和電化學穩定性、良好的機械強度、較低的成本等。目前液流電池用膜主要有兩類:以美國杜邦公司的Nafion系列膜為代表的全氟型磺酸膜和以磺化聚醚醚酮(sulfonated poly ether ether ketone,簡稱SPEEK)為代表的非全氟型磺酸膜。Nafion膜具有較高的質子導電率、化學穩定性高、熱穩定性好等優點，但是價格昂貴、活性物質滲透率高而且製備過程對環境有汙染。磺化聚醚醚酮膜的離子選擇性高、成本低，液流電池的效率高，但其機械強度和穩定性較差，導致電池壽命不長。因此，高離子選擇性、高穩定性、低成本的離子交換膜的開發研究，對推動液流電池特別是全釩液流電池的大規模應用具有重要意義。
[0004]在全釩液流電池中，離子交換膜的離子選擇性和穩定性是兩個相反的方面，通常優化後的傳統的聚合物離子交換膜離子選擇性較高時，其穩定性較差。
【發明內容】
[0005]本發明目的在於克服現有液流電池用離子選擇性較好的離子交換膜存在的穩定性較差的問題，提供一種同時滿足高離子選擇性和高穩定性要求的聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜、其製備方法及採用該離子交換膜的液流電池。
[0006]為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:
[0007]—種聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜，包括磺酸化聚合物離子交換膜基膜和作為夾層保護膜貼合在所述基膜的單側或雙側的聚四氟乙烯微孔膜。
[0008]優選地:
[0009]所述磺酸化聚合物為全氟磺酸樹脂、磺化聚醚酮、磺化聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮酮、磺化聚碸、磺化聚醚碸、磺化聚醚醚碸、磺化聚乙烯碸、磺化聚苯並咪唑、磺化聚醯亞胺、磺化聚苯乙烯、磺化聚三氟苯乙烯、磺化聚(4-苯氧苯甲醯基-1，4-亞苯)、磺化聚對亞苯、磺化聚苯醚、磺化聚苯硫醚中的一種或二種以上。
[0010]所述磺酸化聚合物的離子交換容量為0.1~5mmol g'
[0011]所述聚四氟乙烯微孔膜的孔隙率為1%~99%，孔徑分布為5nm~50 μ m，所述聚四氟乙烯微孔膜的膜厚為5 μ m~1000 μ m。
[0012]所述磺酸化聚合物離子交換膜的厚度為5 μ m~500 μ m。
[0013]一種聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜的製備方法，包括以下步驟:
[0014](I)將上述磺酸化聚合物按質量體積比0.1~0.5g ml/1加入到有機溶劑中，在20~100°C下充分超聲分散、磁力攪拌0.5~48小時製成混合溶液；
[0015](2)將步驟(1)製備的混合溶液除去氣泡和雜質，利用流延法、塗漿法將混合溶液在基板上均勻攤開成膜，依次在40~120°C乾燥2~48小時、40~140°C真空乾燥2~48小時，然後在去離子水中脫膜，製備得到磺酸化聚合物離子交換膜基膜；
[0016](3)將聚四氟乙烯微孔膜置於步驟(2)所製備的磺酸化聚合物離子交換膜基膜的單側或雙側壓緊並貼合。
[0017]優選地:
[0018]所述基板為矽板、 玻璃板、塑料板、金屬板、陶瓷板。
[0019]所述有機溶劑為1^二甲基甲醯胺(01^)、1^二甲基乙醯胺(0獻0、^甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMS0)、四氫呋喃(THF)中的一種或二種以上。
[0020]所述聚四氟乙烯微孔膜的膜厚為5 μ m~1000 μ m。
[0021]所述磺酸化聚合物離子交換膜的厚度為5 μ m~500 μ m。
[0022]一種液流電池，具有所述聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜。
[0023]所述液流電池可以為全釩液流電池、鋅/溴液流電池、鐵/鉻液流電池、多硫化鈉/溴液流電池、釩/溴液流電池、鋅/鈰液流電池、鐵/釩液流電池或釩/空氣液流電池。
[0024]本發明的有益技術效果:
[0025]本發明通過在磺酸化聚合物離子交換膜基膜的單側或雙側使用聚四氟乙烯微孔膜進行保護，藉助聚四氟乙烯微孔膜的化學穩定性高、耐酸腐蝕性強、強度高、孔徑分布均勻等特性，顯著提高離子交換膜的穩定性和離子選擇性，使離子交換膜同時滿足兩方面的要求。將磺酸化聚合物-聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜應用於液流電池特別是全釩液流電池中，可以獲得更穩定的電池性能和更長的電池循環壽命。
[0026]本發明所用的材料成本低廉、製備步驟簡單、操作工藝簡便，容易實現大面積、規模化生產，有利於推動液流電池尤其是全釩液流電池的產業化和規模化發展。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1a和圖1b為實施例1中的磺酸化聚合物-聚四氟乙烯夾層膜的示意圖。
[0028]圖2為以實施例1~7和比較例I~4組裝的全釩液流電池的電池性能比較圖。
[0029]圖3為以實施例1、2、3、4、7和比較例1、3、4組裝的全釩液流電池的充電容量保持率-充放電循環次數圖。
[0030]圖4為以實施例1和比較例I組裝的全釩液流電池的電流效率-充放電循環次數圖。
[0031]圖5為以實施例6和比較例2組裝的全釩液流電池的電流效率-充放電循環次數圖。
[0032]圖6為以實施例8組裝的全釩液流電池的循環10000圈的電流效率-充放電循環次數圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。
[0034]實施例1
[0035](I)將1.5g離子交換容量為1.80mmol g_\磺化時間為3h，磺化度為0.61的磺化聚醚醚酮(SPEEK)加入到IOmL的N，N- 二甲基甲醯胺溶劑(DMF)中，在25°C下充分超聲分散、磁力攪拌24小時製成SPEEK的均勻溶液。
[0036](2)將步驟(I)製備的SPEEK的均勻溶液除去氣泡和雜質，在水平的潔淨玻璃板上利用流延法成膜，依次在60°C乾燥12小時、100°C真空乾燥12小時，然後在去離子水中脫膜，可製得磺化聚醚醚酮離子交換膜基膜。本實施例中，所獲得的離子交換膜基膜厚度為70 μ m0
[0037](3)將所需的厚度為30μπι，孔徑大小為0.45μπι的聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜裁成所需大小，在SPEEK膜I兩側各放一張聚四氟乙烯微孔膜2，壓緊貼合，所得的P3tl (0.45)-S3-P30(0.45)夾層膜的具體製備過程如圖1a和圖1b所示。
[0038]利用P3tl(0.45)-S3-P30(0.45)夾層膜組裝全釩液流電池的單電池，電極為活性石墨租，端板為石墨板，膜的有效面積為25cm2,正負極電解液體積均為50mL,其中I凡離子濃度2mol L_\硫酸濃度2mol L'充放電實驗中，電池充放電電流密度均為80mA cm_2，單電池的電流效率為98.7%，電壓效率為85.0%，能量效率為83.9% (如圖2所示)。循環充放電壽命實驗中，電池充放電電流密度均為80mA cm_2，電流效率十分穩定且電池充電容量衰減緩慢，在620圈循環完成後，充電容量保留率為60% (如圖3所示)，在1000圈循環中，電流效率一直保持穩定，基本無衰減(如圖4所示)。
[0039]在P3Q(0.45)-S3-P3Q(0.45)這一名稱簡寫中，P30 (0.45)表示孔徑 0.45 μ m，厚度30 μ m的PTFE微孔膜，S3表示SPEEK的磺化時間為3h，其他夾層膜的名稱簡寫同理可得；進一步地,基膜左側表示正極保護，右側表示負極保護，「無」表示沒有保護，N表示Naf ionl 17膜。
[0040]實施例2
[0041]本實施例2的磺化聚醚醚酮-聚四氟乙烯夾層膜的製備方法同實施例1，採用的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的厚度為60 μ m,孔徑大小為0.45 μ m,製得P60 (0.45)-S3_P60 (0.45)夾層膜。此夾層膜組裝全釩液流電池的單電池，其他組裝條件及測試條件同實施例1。單電池的電流效率為98.5%，電壓效率為85.3%，能量效率為84.1% (如圖2所示)。循環充放電壽命實驗中，電池充放電電流密度均為80mA cm_2，電流效率十分穩定且電池充電容量衰減緩慢，在605圈循環完成後，充電容量保持率為60% (如圖3所示)。
[0042]實施例3[0043]本實施例3的磺化聚醚醚酮-聚四氟乙烯夾層膜的製備方法同實施例1，採用的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的厚度為15 μ m,孔徑大小為0.45 μ m,製得P15 (0.45) _S3_P15 (0.45)夾層膜。此夾層膜組裝全釩液流電池的單電池，其他組裝條件及測試條件同實施例1。單電池的電流效率為98.6%，電壓效率為85.4%，能量效率為84.2% (如圖2所示)。循環充放電壽命實驗中，電池充放電電流密度均為80mA cm_2，電流效率十分穩定且電池充電容量衰減緩慢，在478圈循環完成後，充電容量保持率為60% (如圖3所示)。
[0044]實施例4
[0045]本實施例4的磺化聚醚醚酮-聚四氟乙烯夾層膜的製備方法同實施例1，採用的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的厚度為30 μ m，孔徑大小為0.45 μ m，僅在磺化聚醚醚酮離子交換膜一側添加PTFE微孔膜進行保護，分別製備膜P3tl(0.45)-S3-無(即僅正極保護)和無-S3-P3CI(0.45)(即僅負極保護)。此兩種膜組裝全釩液流電池的單電池，其他組裝條件及測試條件同實施例1。膜P30(0.45)-S3-無的單電池的電流效率為98.7%，電壓效率為85.4%，能量效率為84.4%(如圖2所示)。膜無-S3_P3(I (0.45)的單電池的電流效率為98.5%，電壓效率為85.3%，能量效率為84.4% (如圖2所示)。在循環充放電壽命實驗中，電池充放電電流密度均為80mA cm_2，兩種單側保護膜的電池充電容量衰減較為緩慢，正極保護膜P30 (0.45)-S3-無在309圈循環完成後，充電容量保持率為60% (如圖3所示)。負極保護膜無-S3-P3CI(0.45)在231圈循環完成後，充電容量保持率為60% (如圖3所示)。
[0046]實施例5
[0047]本實施例5的磺化聚醚醚酮-聚四氟乙烯夾層膜的製備方法同實施例1，採用的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的厚度為30 μ m，孔徑大小為0.25 μ m，製得P3tl (0.25)-S3_P30 (0.25)夾層膜。此夾層膜組裝全釩液流電池的單電池，除未進行循環充放電壽命實驗外，其他組裝條件及測試條件同實施例1。P30(0.25)-S3-P30 (0.25)夾層膜組裝的單電池的電流效率為99.2%，電壓效率為84.9%，能量效率為84.2%。(如圖2所示)。
[0048]實施例6
[0049]本實施例6的磺化聚醚醚酮-聚四氟乙烯夾層膜的製備方法同實施例1，採用的磺化聚醚醚酮的離子交換容量為2.1Ommol g_\磺化時間為4h，磺化度為0.75，厚度為70 μ m，採用的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的厚度為30 μ m，孔徑大小為0.45 μ m,製得P30 (0.45)-S4-P30(0.45)夾層膜。此夾層膜組裝全釩液流電池的單電池，其他組裝條件及測試條件同實施例1OP3tl(0.45)-S4-P30(0.45)夾層膜組裝的單電池的電流效率為94.8%，電壓效率為87.5%，能量效率為83.0%。循環充放電壽命實驗中，電池充放電電流密度均為80mAcm2，在1000圈循環中電流效率保持穩定，基本無裳減(如圖5所不)。
[0050]實施例7
[0051]本實施例7的全氟磺酸聚合物-聚四氟乙烯夾層膜的製備方法同實施例1，該夾層膜的全氟磺酸離子交換膜為杜邦公司的Nafionll7(離子交換容量為0.85mmol g—1)，厚度為220 μ m，採用與實施例1相同的製備方法來製備本實施例的夾層膜P3tl (0.45) -N-P30 (0.45)。該夾層膜的厚度為280μπι。以此夾層膜組裝全釩液流電池的單電池，其他組裝條件及測試條件同實施例1。單電池的電流效率為93.0%，電壓效率為85.9%，能量效率為80.1% (如圖2所示)。循環充放電壽命實驗中，電池充放電電流密度均為80mAcnT2，電流效率基本穩定，但電池充電容量衰減很快，在59圈循環完成後，充電容量保持率為60% (如圖3所示)。[0052]實施例8
[0053]本實施例8的磺化聚醚醚酮-聚四氟乙烯夾層膜的製備方法完全同實施例1，採用的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的厚度為30 μ m，孔徑大小為0.45 μ m，製得P3tl (0.45)-S3-P30(0.45)夾層膜。此夾層膜組裝全釩液流電池的單電池，其他組裝條件同實施例I。該夾層膜進行長周期循環充放電壽命實驗，電池充放電電流密度均為80mA cm-2,每充放電循環滿1000圈時，更換等量的新鮮電解液，保持測試條件不變，然後進行下一輪1000圈充放電循環，總測試循環圈數為10000圈。在10000圈的循環中，該夾層膜的電流效率十分穩定基本無衰減，除每次更換新鮮電解液導致首圈電流效率較低外，其他循環過程中電流效率基本在98%?99%之間略微波動，說明這種聚四氟乙烯微孔膜的保護作用對磺化聚醚醚酮離子交換膜的穩定性有本質的提高。
[0054]比較例I
[0055]比較例I為磺化聚醚醚酮膜(磺化時間為3h，磺化度為0.61)，製備方法和成分比例同實施例1中的基膜製備。該磺化聚醚醚酮膜的厚度為70 μ m。以此磺化聚醚醚酮膜組裝全釩液流電池的單電池，其他組裝條件及測試條件同實施例1。單電池的庫侖效率為98.5%，電壓效率為85.6%，能量效率為84.3% (如圖2所示)。循環充放電壽命實驗中，電池充放電電流密度均為80mA cm_2，電流效率十分穩定，但電池充電容量衰減較快，在124圈循環完成後，充電容量保持率為60% (如圖3所示)；當循環圈數達到156圈時，SPEEK膜破損(如圖4所示)，說明磺化聚醚醚酮膜在全釩液流電池應用中不穩定。膜破損的原因有:高酸性、高氧化性釩電解液的腐蝕作用，石墨氈中石墨纖維的刺穿作用，電池密封墊片的壓力應力作用等。
[0056]由實施例1、2、3和比較例I可知，通過相同孔徑、不同厚度的聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜對磺化聚醚醚酮膜(SPEEK3h)進行雙側保護製備P-S-P夾層膜，基本不會影響SPEEK離子交換膜的電流效率、電壓效率，能量效率，但是明顯較大幅度地延長了 SPEEK離子交換膜的循環壽命，提高了 SPEEK離子交換膜的穩定性。
[0057]由實施例4和比較例I可知，通過聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜對磺化聚醚醚酮膜(SPEEK3h)進行單側保護製備P-S-無膜(正極保護)和無-S-P膜(負極保護)，基本不會影響SPEEK離子交換膜的電流效率，一定程度地延長了 SPEEK離子交換膜的循環壽命，提高了SPEEK離子交換膜的穩定性。由實施例1和實施例4對比可知，通過相同孔徑、相同厚度的聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜對磺化聚醚醚酮膜(SPEEK)進行雙側保護，比只進行單側保護的效果更明顯，所製備的夾層膜循環壽命更長，穩定性更好。
[0058]比較例2
[0059]比較例2為高磺化度的磺化聚醚醚酮膜(磺化時間為4h，磺化度為0.75)，製備方法和成分比例同實施例1中的基膜製備。該磺化聚醚醚酮膜的厚度為70 μ m。以此磺化聚醚醚酮膜組裝全釩液流電池的單電池，其他組裝條件及測試條件同實施例1。單電池的電流效率為94.6%，電壓效率為87.8%，能量效率為83.1% (如圖2所示)。循環充放電壽命實驗中，電池充放電電流密度均為80mA cnT2，電流效率較為穩定，當循環圈數達到83圈時，SPEEK4h膜破損(如圖5所示)。由比較例I和比較例2對比可知，在相同的組裝條件和測試條件下，高磺化度的磺化聚醚醚酮膜循環壽命更短，穩定性更差。原因是:磺化聚醚醚酮膜的磺化度越高，越容易溶脹，甚至發生裂解，機械強度和穩定性越差。[0060]比較例3
[0061](I)將1.5g離子交換容量為1.80mmol g_\磺化時間為3h，磺化度為0.61的磺化聚醚醚酮(SPEEK)加入到IOmL的N，N- 二甲基甲醯胺溶劑(DMF)中，在25°C下充分超聲分散、磁力攪拌24小時製成SPEEK的均勻溶液。
[0062](2)將步驟(I)製備的均勻溶液除去氣泡和雜質，在水平的潔淨基板上固定厚度為30 μ m，孔徑為0.45 μ m的聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜，利用流延法將均勻溶液均勻攤開在PTFE膜上成膜，依次在60°C乾燥12小時、100°C真空乾燥12小時，然後在去離子水中脫膜，可製得磺化聚醚醚酮填充聚四氟乙烯膜S3@P3CI(0.45)。本比較例3中，所製備的離子交換膜厚度為100 μ m。
[0063]利用S3@P3CI(0.45)填充膜組裝全釩液流電池的單電池，其他組裝條件及測試條件同實施例1。單電池的電流效率為98.9%，電壓效率為75.8%，能量效率為75%(如圖2所示)。循環充放電壽命實驗中，電池充放電電流密度均為80mA cm_2，在158圈循環完成後，充電容量保持率為60% (如圖3所示)。
[0064]由實施例1，比較例1、3可知，磺化聚醚醚酮-聚四氟乙烯夾層膜和磺化聚醚醚酮填充聚四氟乙烯膜都可以提高磺化聚醚醚酮膜的穩定性，延長磺化聚醚醚酮膜在全釩液流電池中的使用壽命。進一步對比可知，磺化聚醚醚酮填充聚四氟乙烯膜的保護作用不太明顯，所製備的填充膜在循環性能測試中，充電容量衰減仍然較快。原因是聚四氟乙烯微孔膜的孔徑相對較小，磺化聚醚醚酮的均勻溶液很難均勻地浸潰到聚四氟乙烯微孔膜的微孔中，導致所製備的填充離子交換膜不均勻，因此其保護作用有限。
[0065]比較例4
[0066]比較例4為杜邦公司的Nafion 117膜，厚度為220 μ m。以此離子交換膜組裝全釩液流電池的單電池，其他組裝條件及測試條件同實施例1。單電池的電流效率為92.9%，電壓效率為85.7%，能量效率為79.6% (如圖2所示)。循環充放電壽命實驗中，電池充放電電流密度均為80mA cm_2，電池充電容量衰減較快，在45圈的循環後，充電容量保持率為60%(如圖3所示)。
[0067]由實施例7和比較例4可知，通過聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜對Nafionll7膜進行雙側保護製備夾層膜P3tl (0.45)-N-P30 (0.45)，基本不會影響Nafionl 17膜的電流效率、電壓效率，能量效率，同時也不會延長Nafion 117膜的循環壽命，說明此Nafion 117膜本身就很穩定，因此PTFE保護層的作用比較微弱。
[0068]由實施例1?8、比較例I?4的全釩液流電池的單電池充放電數據可知，聚四氟乙烯微孔膜保護層不僅不會降低離子交換膜基膜的電池性能(即原本較高的電流效率、電壓效率、能量效率不會降低)，同時還能較大幅度地延長離子交換膜基膜的循環壽命，大大提高夾層膜在全釩液流電池應用中的穩定性。
[0069]綜上所述，通過在磺酸化離子交換膜單側或優選雙側使用聚四氟乙烯微孔膜進行保護，可同時滿足離子交換膜的高穩定性和高離子選擇性，具有廣闊的應用前景。將磺酸化聚合物-聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜應用於液流電池特別是全釩液流電池中，可獲得更穩定的電池性能，以及更長的電池循環壽命。
[0070]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜，包括磺酸化聚合物離子交換膜基膜，其特徵在於，還包括作為夾層保護膜貼合在所述基膜的單側或雙側的聚四氟乙烯微孔膜。
2.如權利要求1所述的聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜，其特徵在於，所述磺酸化聚合物為全氟磺酸樹脂、磺化聚醚酮、磺化聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮酮、磺化聚碸、磺化聚醚碸、磺化聚醚醚碸、磺化聚乙烯碸、磺化聚苯並咪唑、磺化聚醯亞胺、磺化聚苯乙烯、磺化聚三氟苯乙烯、磺化聚(4-苯氧苯甲醯基-1，4-亞苯)、磺化聚對亞苯、磺化聚苯醚、磺化聚苯硫醚中的一種或二種以上。
3.如權利要求1所述的聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜，其特徵在於，所述磺酸化聚合物的離子交換容量為0.1?5mmol g'
4.如權利要求1至3任一項所述的聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜，其特徵在於，所述聚四氟乙烯微孔膜的孔隙率為1%?99%,孔徑分布為5nm?50 μ m。
5.如權利要求1至3任一項所述的聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜，其特徵在於，所述聚四氟乙烯微孔膜的膜厚為5 μ m?1000 μ m。
6.如權利要求1至3任一項所述的聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜，其特徵在於，所述磺酸化聚合物離子交換膜的厚度為5 μ m?500 μ m。
7.一種聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (I)將上述磺酸化聚合物按質量體積比0.1?0.5g mL-1加入到有機溶劑中，在20?100°C下充分超聲分散、磁力攪拌0.5?48小時製成混合溶液； (2 )將步驟(I)製備的混合溶液除去氣泡和雜質，利用流延法、塗漿法將混合溶液在基板上均勻攤開成膜，依次在40?120°C乾燥2?48小時、40?140°C真空乾燥2?48小時，然後在去離子水中脫膜，製備得到磺酸化聚合物離子交換膜基膜； (3)將聚四氟乙烯微孔膜置於步驟(2)所製備的磺酸化聚合物離子交換膜基膜的單側或雙側壓緊並貼合。
8.如權利要求7所述的聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜，其特徵在於，所述有機溶劑為N，N-二甲基甲醯胺(DMF)、N, N-二甲基乙醯胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞碸(DMSO)、四氫呋喃(THF)中的一種或二種以上。
9.一種液流電池，其特徵在於，具有如權利要求1至6任一項所述的聚四氟乙烯夾層保護離子交換膜。
10.如權利要求9所述的液流電池，其特徵在於，所述液流電池為全釩液流電池、鋅/溴液流電池、鐵/鉻液流電池、多硫化鈉/溴液流電池、釩/溴液流電池、鋅/鈰液流電池、鐵/釩液流電池或釩/空氣液流電池。
【文檔編號】H01M8/02GK103762375SQ201410013122
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】席靖宇, 代文靜, 李釗華 申請人:清華大學深圳研究生院