钒电池用芳香薄层复合膜的制备及性能研究

发布时间：2020-12-20 09:00

　　近年来世界各国争相发展风能和太阳能。然而,太阳能和风能受环境和气候影响波动较大。因此,开发大型储能装置将这些不稳定的绿色能源储存起来成为能源可持续发展的关键。钒电池作为一种安全、高效及绿色环保的储能装置而备受关注。然而,商业化的钒电池隔膜价格一直居高不下,限制了钒电池的大规模推广使用。因此,开发价格低廉,性能优异的钒电池隔膜对发展绿色能源具有重要意义。芳香聚酰胺薄层复合膜（TFC）的聚酰胺选择层具有纳米级孔径,可以根据离子的尺寸筛分离子。因此,TFC膜已被广泛应用于水处理和电渗析等领域。本文尝试将TFC膜应用于钒电池,取得了很好的效果,并在此基础上对其进行了改性研究。本文以价格低廉、亲水性和机械性能优异的聚醚砜多孔膜为基膜,以间苯二胺和均苯三甲酰氯为单体在多孔膜表面界面聚合聚酰胺,制备了TFC膜。在将TFC膜应用于钒电池的过程中,研究了聚合次数对TFC膜的形貌结构、钒离子渗透、离子选择性、面电阻及电池性能的影响。实验结果表明,增加聚合次数TFC膜的表面更加致密,钒离子渗透减慢,面电阻和库伦效率增加。在80 mA cm^-2电流密度下一次聚合的TFC膜的库伦效率由基膜... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

VRB结构原理图

法 Nafion 可以完全均匀的混合在微孔 PTFE 膜中，由于 PTFE 自身的疏水性，复合膜含水率仅为 19%，相应的溶胀率、离子交换容量和电导率也低于 Nafio膜。低的 IEC 意味着低的钒渗透，高的库伦效率、电压效率和能量效率，同时着较低的自放电和高的使用寿命。溶液浇铸法得到的复合膜相比 Nafion 膜具高的结晶度和热稳定性。溶液浇铸法在 Nafion 膜上增加了 PTFE，致使钒渗透膨胀降低，电池性能改善明显，尤其是能量效率的提高和自放电的降低。研究发现，在复合膜中掺入一定量的 SiO2，含水率和质子传导会随 SiO2含量的增提高。Dai 等[14]用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)反应在 Nafion 115 膜表面接枝上具有两性官能团的磺基甜菜碱丙烯酸甲酯(SBMA)，SBMA 单体同时具N+和 SO3+两种官能团。改性膜 Nafion-g-PSBMA 如图 1-2 所示，Nafion-gMA 中的 RN+能降低钒离子渗透，SO3+能够提高电压效率。与商业 Nafion 膜相接枝后的膜具有更好的亲水性，更低的钒离子渗透，以及更高的库伦效率与能率。在充放电电流密度为 40~80mAcm-2的条件下的平均能量效率高达 87.3%业膜提高了 2.6%。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文18]用聚多巴胺(PDA)包覆的碳纳米管(CNT)与 SPEEK，如图 1-3 所示。PDA 包覆的 CNT 表面的氨基与 S界面产生较强的结合，同时能够提供质子转移具有较高的质子传导率、优良的离子选择性和稳定T@PDA 膜的性能得到大幅度提升，在 650 mA cm2电 mW cm-2。同时具有超长的稳定性，在 200 mAcm2电效率仍稳定的保持在98.5%，平均每次循环的能量衰

【参考文献】：
期刊论文
[1]层层组装界面聚合制备聚酰胺复合正渗透膜研究[J]. 李亚丹,陈东辉,黄满红,陈刚.  膜科学与技术. 2017(05)
[2]高通量聚酰胺反渗透膜的制备[J]. 林泽,岳鑫业,潘巧明.  膜科学与技术. 2016(03)
[3]多层界面聚合法制备质子传导膜研究[J]. 郭伟男,吴旭冉,青格乐图,范永生,王保国.  膜科学与技术. 2014(04)
[4]聚酰胺反渗透复合膜的多巴胺改性研究[J]. 岳鑫业,刘文超,周勇,谭昊.  水处理技术. 2014(04)
[5]芳香聚酰胺反渗透复合膜的抗氧化性能研究[J]. 陶杰,何平,夏敏玲,俞三传.  水处理技术. 2010(03)
[6]电位滴定法测定钒电池电解液中不同价态的钒[J]. 刘素琴,桑玉,李林德,黄可龙.  理化检验(化学分册). 2007(12)
[7]离子交换膜的选择透过性机理[J]. 孟洪,彭昌盛,卢寿慈.  北京科技大学学报. 2002(06)

博士论文
[1]基于纳米分子筛的界面聚合反渗透膜制备与性能研究[D]. 瞿新营.浙江大学 2011

硕士论文
[1]基于磺化聚醚醚酮的钒电池用离子交换膜研究[D]. 姜晓梅.哈尔滨工业大学 2015
[2]酸化无机颗粒掺杂SPEEK质子膜的制备与研究[D]. 杜林.大连理工大学 2012



本文编号：2927594