锌溴液流电池用隔膜的制备及性能研究

发布时间：2017-10-16 02:07

  本文关键词：锌溴液流电池用隔膜的制备及性能研究

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【摘要】：目前,环境污染、化石能源枯竭等一系列问题接踵而来。京都议定书之后的哥本哈根世界气候大会得到了全球越来越多国家的重视,能够有效提高能源利用效率和开发出更清洁环保的能源已成为世界瞩目的课题。近些年来,为了满足能源的迫切需要,很多新型、优质、低成本的电化学系统被先后提出和发展起来,其中包括铁溴液流电池、全钒液流电池、锌溴液流电池等等。锌溴液流电池是一种新型的电化学储能装置,具备低耗、高效、少污染、高电流密度等优点,同时能够适应多次深度充放电。相比其他液流电池,锌溴液流电池凭借其较高的能量密度和较低的成本,更适合应用于大型储能装置。锌溴液流电池主要应用在电网调峰、区域供电、新型交通工具等方面。液流电池本身由双极板、电解液、隔膜及电极材料等构成。在本文中,我们主要针对锌溴液流电池用隔膜的制备和性能进行研究。隔膜作为最重要的电池部件之一,其主要作用是隔离电池中正负极之间的电解液,传输离子。商业化的隔膜价格较贵,制作工艺复杂。本文针对这些问题制作出聚乙烯醇/PTFE复合膜、聚乙烯醇/磷钼酸复合膜、磺化聚砜/PTFE膜、SiO2/磺化聚砜//PTFE复合膜四种膜。同时对这些隔膜做了物理化学测试、紫外光谱分析、红外光谱分析以及热失重分析,并组装成单电池,进行了单电池性能研究,从而分析得出对比结果。本文采用溶液浇铸法制作聚乙烯醇/PTFE复合膜和聚乙烯醇/磷钼酸复合膜,这两种隔膜是基于聚乙烯醇材料,聚乙烯醇是一种无毒、无味的合成高分子材料。对聚乙烯醇薄膜进行改性,得到物理化学性能更稳定、充电性能较好的隔膜结构。聚乙烯醇/PTFE复合膜是以孔隙率较高的聚四氟乙烯微孔膜为基底,增强了聚乙烯醇的机械强度,得到热稳定性较好的非离子交换膜。磷钼酸是固体酸,有很强的离子传导能力,与聚乙烯醇溶液融合,制作出的聚乙烯醇/磷钼酸复合膜具有更高的离子通过率和含水率。这两种隔膜均优化了聚乙烯醇材料的特性,得到更好的适合锌溴液流电池用隔膜。本文利用磺化方法制作磺化聚砜/PTFE膜以及采用两种不同的磺化方式制作SiO2/磺化聚砜//PTFE复合膜。聚砜膜是锌溴液流电池隔膜研究热点,本文改进常见的商业化聚砜膜,得到性能更稳定的锌溴液流电池用隔膜。根据磺化材料、磺化方式的不同进行对比,得到更适合用于锌溴液流电池的隔膜。SiO2/磺化聚砜//PTFE复合膜的含水率大于磺化聚砜/PTFE膜,热稳定性保持较好。本文制作的四种电池用隔膜均比商业化隔膜的价格低且性能较好,为锌溴液流电池用隔膜的多元化开辟一些新的道路。
【关键词】：锌溴液流电池 离子交换膜 聚乙烯醇 磺化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 引言10
• 1.2 电化学液流电池10-11
• 1.3 锌溴液流电池的简介11-13
• 1.3.1 锌溴液流电池的工作原理11-12
• 1.3.2 国内外锌溴液流电池的发展与应用状况12-13
• 1.3.3 锌溴液流电池的关键材料研究进展13
• 1.4 本文研究内容、目的和意义13-15
• 2 实验15-27
• 2.1 实验药品15
• 2.2 实验仪器简介15-18
• 2.2.1 电化学工作站15-16
• 2.2.2 电池测试系统16-17
• 2.2.3 恒流泵17-18
• 2.2.4 磁力加热搅拌器18
• 2.3 实验关键部件简介18-20
• 2.3.1 双极板18-19
• 2.3.2 离子交换膜19-20
• 2.3.3 电解液的配制20
• 2.4 实验方法20-27
• 2.4.1 隔膜物理化学性质测试20-22
• 2.4.2 隔膜紫外光谱分析22
• 2.4.3 隔膜红外光谱分析22-23
• 2.4.4 隔膜热失重分析23-24
• 2.4.5 单电池的组装及性能测试24-27
• 3 聚乙烯醇/PTFE复合膜及聚乙烯醇/磷钼酸复合膜制备和性能研究27-41
• 3.1 前言27-28
• 3.2 实验部分28-31
• 3.2.1 实验原料28-29
• 3.2.2 实验方法和步骤29-31
• 3.3 结构和性能研究31-36
• 3.3.1 聚乙烯醇/PTFE复合膜及聚乙烯醇/磷钼酸复合膜物理化学性能31-32
• 3.3.2 聚乙烯醇/PTFE复合膜及聚乙烯醇/磷钼酸复合膜紫外光谱分析32-34
• 3.3.3 聚乙烯醇/PTFE复合膜及聚乙烯醇/磷钼酸复合膜红外光谱分析34-35
• 3.3.4 聚乙烯醇/PTFE复合膜及聚乙烯醇/磷钼酸复合膜热失重分析35-36
• 3.4 以聚乙烯醇/PTFE复合膜及聚乙烯醇/磷钼酸复合膜为电池隔膜的单电池组装及性能研究36-41
• 3.4.1 聚乙烯醇/PTFE复合膜及聚乙烯醇/磷钼酸复合膜的电导率测量36-38
• 3.4.2 以聚乙烯醇/PTFE复合膜及聚乙烯醇/磷钼酸复合膜为电池隔膜的单电池性能研究38-41
• 4 磺化聚砜/PTFE膜制备和性能研究41-48
• 4.1 前言41
• 4.2 实验部分41-43
• 4.2.1 实验原料与仪器41-42
• 4.2.2 实验方法和步骤42-43
• 4.3 结构和性能研究43-46
• 4.3.1 磺化聚砜/PTFE膜物理化学性能43-44
• 4.3.2 磺化聚砜/PTFE膜紫外光谱分析44
• 4.3.3 磺化聚砜/PTFE膜红外光谱分析44-45
• 4.3.4 磺化聚砜/PTFE膜热失重分析45-46
• 4.4 以磺化聚砜/PTFE膜为电池隔膜的单电池组装及性能研究46-48
• 4.4.1 磺化聚砜/PTFE膜的电导率测量46
• 4.4.2 以磺化聚砜/PTFE膜为电池隔膜的单电池性能研究46-48
• 5 SiO_2/磺化聚砜//PTFE复合膜制备和性能研究48-59
• 5.1 前言48
• 5.2 实验部分48-50
• 5.2.1 实验原料与仪器48
• 5.2.2 实验方法和步骤48-50
• 5.3 结构和性能表征50-54
• 5.3.1 SiO_2/磺化聚砜//PTFE复合膜物理化学性能50-51
• 5.3.2 SiO_2/磺化聚砜//PTFE复合膜紫外光谱分析51-52
• 5.3.3 SiO_2/磺化聚砜//PTFE复合膜红外光谱分析52-53
• 5.3.4 SiO_2/磺化聚砜//PTFE复合膜热失重分析53-54
• 5.4 以SiO_2/磺化聚砜//PTFE复合膜为电池膜的单电池组装及性能研究54-59
• 5.4.1 SiO_2/磺化聚砜//PTFE复合膜的电导率测量54-56
• 5.4.2 以SiO_2/磺化聚砜//PTFE复合膜为电池隔膜的单电池性能研究56-59
• 结论59-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况64-65
• 致谢65-66

【共引文献】

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本文编号：1039989