基于聚苯并咪唑的新型全钒液流电池用质子交换膜的制备与研究

发布时间：2022-02-23 19:03

　　能源需求的增长和化石燃料资源的日益枯竭需要可持续的能源替代方案,例如可再生清洁能源等。然而,可再生能源的不稳定性往往会导致低质量的输出功率。在储能系统中,全钒液流电池（VRFB）由于其使用寿命长,输出功率稳定且在大型应用中具有良好的安全性,因此已被广泛使用。作为VRFBs的关键组成部分,质子交换膜已经成为限制VRFBs发展的重要因素。在过去的几年中,商用Nafion膜是液流电池中最好的可用膜和常用膜。但是,Nafion膜的价格已达到500～1000美元每平米,这也限制了其在VRFB中的进一步商业化。因此,开发具有更低成本和优异的电化学性能的膜是十分有意义的。聚苯并咪唑（PBI）质子交换膜在全钒液流电池系统中显示出了良好的应用前景。通常采用H3PO4掺杂来优化PBI膜的电导率,经过H3PO4掺杂后,PBI聚合物主链上咪唑中的正电荷可以排斥钒离子,而过量的游离H3PO4分子导致更高的电导率。因此,本文以PBI为原料制备了不同的质子交换膜,并进行了进一步的研究。在本文中,通过将多孔聚乙烯（PE）基材和聚苯并咪唑树脂组合用于钒氧化还原液流电池（VRFB）,制得了填充孔道的PE/PBI质子交换膜... 

【文章来源】：辽宁大学辽宁省211工程院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 前言
    1.1 课题背景
    1.2 全钒液流电池
        1.2.1 全钒液流电池应用领域
        1.2.2 全钒液流电池工作原理
    1.3 全钒液流电池单电池组成
        1.3.1 电极
        1.3.2 电解液
        1.3.3 质子交换膜
    1.4 质子交换膜研究进展
        1.4.1 阳离子交换膜
        1.4.2 阴离子交换膜(AEM)
        1.4.3 两性离子交换膜(AIEM)
        1.4.4 非离子型多孔膜
        1.4.5 质子交换膜制备方法
        1.4.6 质子传输机理的研究
        1.4.7 质子传递位点
    1.5 聚苯并咪唑(PBI)
    1.6 本文研究意义及内容
        1.6.1 研究意义
        1.6.2 研究内容
第2章 实验部分
    2.1 实验材料与设备
        2.1.1 材料与药品
        2.1.2 实验仪器与设备
    2.2 隔膜表征与测试
        2.2.1 接触角实验
        2.2.2 扫描电镜分析
        2.2.3 吸水率(WU)和溶胀比(SR)
        2.2.4 质子电导率(σ)和面电阻(AR)
        2.2.5 钒离子渗透率
        2.2.6 单电池测试
第3章 PE/PBI复合膜的制备及测试
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 PE/PBI复合膜的制备
    3.3 测试表征
        3.3.1 接触角实验
        3.3.2 扫描电镜分析
        3.3.3 吸水率(WU)和溶胀比(SR)
        3.3.4 质子电导率(σ)和面电阻(AR)
        3.3.5 钒离子渗透率
        3.3.6 单电池测试
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 亲水改性效果
        3.4.2 形貌分析
        3.4.3 吸水率、溶胀比测试
        3.4.4 质子电导率、面电阻和钒离子渗透率测试
        3.4.5 单电池性能
        3.4.6 PE/PBI复合膜成本核算
    3.5 本章小结
第4章 多巴胺包覆PBI复合膜的制备
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 磷酸掺杂PBI膜的制备
        4.2.2 多巴胺包覆PBI复合膜的制备
    4.3 测试表征
        4.3.1 扫描电镜分析
        4.3.2 吸水率(WU)和溶胀比(SR)
        4.3.3 质子电导率(σ)和钒离子渗透率
        4.3.4 单电池测试
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 形貌分析
        4.4.2 吸水率、溶胀比测试
        4.4.3 质子电导率(σ)和钒离子渗透率
        4.4.4 单电池测试
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及参加科研情况
    一、参与发表的论文
    二、参加科研项目



本文编号：3641182