全釩氧化還原液流電池用磺化聚酰亞胺類質子交換膜.pdf

1、全釩氧化還原液流電池(All vanadium redox flow battery，簡稱：VRB)是一種新型綠色環(huán)保的儲能蓄電池。與其它氧化還原液流電池如鋅/溴電池、鈉/硫電池及鉛酸電池相比，VRB具有生產操作費用低、充電迅速、容量增加容易、能量效率高、使用壽命長等優(yōu)點。因此，VRB可廣泛地應用于太陽能和風力發(fā)電的貯能設備、應急電源系統(tǒng)、電站儲能和電力系統(tǒng)削峰填谷、負載調平等方面。
　　 然而，迄今為止，VRB仍然處于商業(yè)化應

2、用的初級階段，隔膜材料是限制其大規(guī)模開發(fā)的瓶頸之一。目前，VRB中廣泛使用的隔膜是美國杜邦公司生產的Nafion()系列膜，該類膜具有良好的氧化穩(wěn)定性和較高的質子電導率；但是Nafion()系列膜亦存在下列不足：價格昂貴，釩離子滲透嚴重等，從而大大限制其大規(guī)模商業(yè)化應用。因此，研制開發(fā)新型價格合理、綜合性能優(yōu)良的質子交換膜是十分必要的。
　　 本文制備了一系列不同磺化度的磺化聚酰亞胺質子交換膜(Sulfonated polyim

3、ide，簡稱SPI)與磺化聚酰亞胺/殼聚糖復合質子交換膜(Sulfonated polyimide/chitosan，簡稱SPI/CS)，所得隔膜具有良好的阻釩效果及合理的質子電導率。特別地，將SPI/CS復合質子交換膜作為VRB隔膜進行單電池測試，其能量效率比Nafion()117膜更高。因此，磺化聚酰亞胺類質子交換膜具有潛在的VRB應用前景。本文主要研究工作如下：
　　 (1)以1，4，5，8-萘四甲酸二酐(NDTA)，2，

4、2’-雙磺酸聯(lián)苯胺(BDSA)與4，4’-二氨基二苯醚(ODA)為原料，采用縮聚法制備磺化聚酰亞胺。通過控制BDSA與ODA的投料比例，得到一系列不同磺化度的磺化聚酰亞胺，考察反應條件對產率的影響。研究三乙胺型磺化聚酰亞胺(SPI-NEt3)在不同溶劑中的溶解性，確定間甲酚為其良溶劑，可作為鑄膜溶劑使用。
　　 (2)以間甲酚為鑄膜溶劑，通過流延成膜再質子化的方法制得到一系列不同磺化度的SPI質子交換膜，考察成膜條件并進行優(yōu)化。

5、詳細研究了隔膜的含水量、離子交換容量、質子電導率與釩離子滲透性等方面的性質。實驗結果表明：與Nafion()117膜相比，SPI膜具有良好的阻釩性，多數(shù)SPI膜具有合理的質子電導率，能滿足VRB的應用要求。但與具有C-F骨架結構的Nafion()117膜相比，SPI膜的氧化穩(wěn)定性有待進一步提高。
　　 (3)為了提高SPI膜的氧化穩(wěn)定性，引入堿性的殼聚糖(Chitosan，簡稱CS)，以SPI-50膜為基膜，采用浸泡-自組裝的方