同轴电纺纤维质子交换膜及全钒液流电池性能
发布时间：2021-01-15 15:11
提出膜材料的同轴电纺纤维化方法,在膜中构建长程质子传导通道,同时提高膜的耐溶胀性.磺化聚醚醚酮（SPEEK）同轴纤维膜兼具高质子传导和低溶胀特性,内、外轴采用相同磺化度的同轴纤维膜性能明显优于单轴纤维膜,溶胀度降低了41.3%,钒渗透率降低了6.9%,质子传导率提高了13.9%,质子/钒离子选择性提高了22.5%.在液流电池性能测试中,100 mA/cm2电流密度下,同轴电纺纤维膜电池的能量效率达到83.7%,高于单轴电纺纤维膜和商业化Nafion211膜（74.9%）,表明同轴电纺方法在全钒液流电池中应用前景广阔.
【文章来源】：膜科学与技术. 2020,40(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
同轴电纺设计液流电池隔膜的示意图
图2所示为纤维和膜的扫描电镜图.可以看出,单轴、同轴纤维的形貌平滑,具有三维无规分布,纤维直径分布相当,范围在120～150 nm.纤维膜断面电镜图表明,将经DMF溶剂蒸汽浴溶胀、高温热压后,纤维相互粘连形成的纤维膜致密无明显缺陷,但与浇铸膜断面相比,纤维膜显示出纤维粘连网络,从而可以构建长程连通的质子传递通道,提高膜强度.2.2 同轴电纺纤维膜的吸水溶胀、电阻和阻钒能力
同轴纤维膜兼具高质子传导性和低溶胀性,有利于提高质子传递效率,阻隔钒离子渗透,提高液流电池性能.如图5所示,虽然膜材料电纺纤维化提高了膜微相分离程度,使钒离子通过水通道扩散,钒离子渗透率较浇铸膜(1.27×10-8 cm2/min)有所升高,但同轴纤维膜的高质子传导、耐溶胀特性,使其钒离子渗透率(1.34×10-8 cm2/min)比单轴电纺纤维膜(1.44×10-8 cm2/min)略有降低(下降了6.9%),同时显示出最高的质子/钒离子选择性(2.61×106 S·min/cm3),较单轴纤维膜(2.13×106 S·min/cm3)提高了22.5%,在3种相同磺化度的SPEEK隔膜中具有最佳的综合性能.2.3 同轴电纺纤维膜的单电池性能
本文编号：2979087
【文章来源】：膜科学与技术. 2020,40(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
同轴电纺设计液流电池隔膜的示意图
图2所示为纤维和膜的扫描电镜图.可以看出,单轴、同轴纤维的形貌平滑,具有三维无规分布,纤维直径分布相当,范围在120～150 nm.纤维膜断面电镜图表明,将经DMF溶剂蒸汽浴溶胀、高温热压后,纤维相互粘连形成的纤维膜致密无明显缺陷,但与浇铸膜断面相比,纤维膜显示出纤维粘连网络,从而可以构建长程连通的质子传递通道,提高膜强度.2.2 同轴电纺纤维膜的吸水溶胀、电阻和阻钒能力
同轴纤维膜兼具高质子传导性和低溶胀性,有利于提高质子传递效率,阻隔钒离子渗透,提高液流电池性能.如图5所示,虽然膜材料电纺纤维化提高了膜微相分离程度,使钒离子通过水通道扩散,钒离子渗透率较浇铸膜(1.27×10-8 cm2/min)有所升高,但同轴纤维膜的高质子传导、耐溶胀特性,使其钒离子渗透率(1.34×10-8 cm2/min)比单轴电纺纤维膜(1.44×10-8 cm2/min)略有降低(下降了6.9%),同时显示出最高的质子/钒离子选择性(2.61×106 S·min/cm3),较单轴纤维膜(2.13×106 S·min/cm3)提高了22.5%,在3种相同磺化度的SPEEK隔膜中具有最佳的综合性能.2.3 同轴电纺纤维膜的单电池性能
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