全钒液流电池用磺化聚砜基复合膜的制备及性能

发布时间：2020-10-19 22:21

　　 全钒液流电池(VRB)作为一种高能量转化率、高性价比的大型储能系统得到广泛关注。质子交换膜是VRB的核心组件,起着隔离电解液、传输质子的作用,因此其性能的优劣严重影响电池的商业化前景。Nafion系列全氟磺酸质子交换膜是杜邦公司的商业化产品,然而高成本、高钒离子渗透率影响了大规模应用。因此,替代Nafion膜的研究,尤其研发高质子传导率、低钒离子渗透性和低成本化质子膜得到关注。首先利用磺化反应制备出磺化度(DS)为62%的磺化聚砜(SPSF),再通过调整SPSF和磺化聚醚醚酮(SPEEK)两者的质量比,制备出一系列SPSF/SPEEK复合质子交换膜。结果表明,SPEEK的加入提升了复合膜的质子传导率。SPSF/SPEEK-50(SPSF与SPEEK的共混比例为5:5)复合膜表现出最高的离子选择性(16.33 S min cm-3),约为Nafion 117膜(3.99 S min cm-3)的4倍。VRB单电池性能测试表明,在50 mA cm-2电流密度下,复合膜能量效率(EE)达到87.55%,优于Nafion 117(EE:83.5%)。自放电时间为54 h,是Nafion 117(23.4 h)的2.3倍。在100次循环测试中,SPSF/SPEEK-50复合膜电池效率保持了良好稳定性。采用热缩聚法制备出类石墨相氮化碳(g-C3N4),以最佳比例的SPSF/SPEEK-50为基膜,制备了不同g-C3N4含量的SPSF/SPEEK/g-C3N4复合质子交换膜。研究表明,g-C3N4的加入有效降低了SPSF的钒离子渗透率,提高了复合膜的质子传导率,而且SPSF/SPEEK/g-C3N4-1复合膜给出了最高的离子选择性。50 mA cm-2电流密度下,复合膜的库伦效率和能量效率分别为(CE:94.2%,EE:88.24%),明显优于Nafion 117膜(CE:94%,EE:83.5%)。经过 100次循环充放电后,SPSF/SPEEK/g-C3N4-1复合膜展现了优异的循环稳定性。
【学位单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.2;TM912
【部分图文】：

从而产生化学能与电能的转换［１Ｑ］。充电状态时，正极电解液中钒化合??价发生Ｖ４＋向Ｖ５＋变化，负极电解液中钒化合价发生Ｖ３＋向Ｖ２＋的转变，并且产生??氢离子；放电时则与之相反。图１－１为钒电池的工作原理。??１??

Ｐｕｍｐ?Ｐｕｍｐ??图１－１全钒液流电池工作原理图??１．２．２全钒液流电池的特点??全钒液流电池储能技术与其他传统储能技术相比具有以下的特点ｔ１，２，６，８，??１０－１４］．??１）

中Ｎａｆｉｏｎ与ＰＶＤＦ的质量比为８０／２０时，复合膜具有最好的电池效率。单电池??性能测试，ＮｏＰｏ．２复合膜表现出了比纯Ｎａｆｉｏｎ膜更高的ＣＥ和ＥＥ，?Ｎ〇．８Ｐ〇．２的自??放电时间（＞８０?ｈ）远长于Ｎａｆｉｏｎ膜（＞４０?ｈ），如图１－３所示。在８０?ｍＡ?ｃｎＴ２??电流密度下，ＮＧ．８ＰＱ．２复合膜的ＥＥ达到了?８５％，高于纯Ｎａｆｉｏｎ膜。??７??
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本文编号：2847794