全钒液流电池用磺化聚酰亚胺离子交换膜的研究

发布时间：2023-06-03 17:40

　　全钒液流电池具有循环寿命长、能量存储能力大、可循环利用等优点,成为现今潜在的大型储能技术之一。离子交换膜作为全钒液流电池关键材料之一,对全钒液流电池的电池效率、容量衰减和电池寿命有直接影响。目前,全氟磺酸膜(例如Nafion膜)因其具有优异的化学稳定性和高质子传导能力,成为应用最为广泛的全钒液流电池离子交换膜。然而,Nafion膜钒离子渗透率高以及价格十分昂贵,限制了全钒液流电池的工业化发展。近年来,全钒液流电池用非氟磺化聚酰亚胺(SPI)被广泛报导,这得益于其具有高机械强度、优异的化学稳定性、良好的电池性能,且价格低廉。因此,本论文通过对非氟SPI分子结构的设计,来实现预期的理化性能及电池性能。本文通过一步高温缩聚法合成了不同咪唑基团含量的SPI,并且成功地制备了四种不同磺化度的SPI质子膜。将SPI薄膜在硫酸中浸泡,聚合物链段中的咪唑基团被质子化,显碱性,从而制备出SPI酸碱膜。SPI酸碱膜中的磺酸基团(-SO₃H)与质子化的咪唑基团之间的酸碱对,促进了质子传输通道的形成,可以有效地增强质子的传导能力。对SPI酸碱膜进行一系列的理化性能测试后,优化出磺化度为5...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 全钒液流电池简介
        1.2.1 全钒液流电池的工作原理
        1.2.2 全钒液流电池的特点
        1.2.3 全钒液流电池的应用
    1.3 全钒液流电池的研究现状
        1.3.1 电极
        1.3.2 电解液
        1.3.3 离子交换膜
    1.4 全钒液流电池用离子交换膜研究的意义及内容
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验试剂与材料
    2.2 实验仪器
    2.3 结构与性能表征
        2.3.1 核磁共振
        2.3.2 傅里叶变换红外光谱
        2.3.3 扫描电子显微镜
        2.3.4 原子力显微镜
        2.3.5 机械性能和热稳定性
        2.3.6 吸水率和溶胀率
        2.3.7 离子交换容量
        2.3.8 质子传导率
        2.3.9 VO²⁺透过率和离子选择性
        2.3.10 化学稳定性
    2.4 全钒液流电池单电池测试
        2.4.1 全钒液流电池的组装及性能测试
        2.4.2 宽温度下电池性能测试
第三章 带有咪唑基团的磺化聚酰亚胺酸碱膜
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 聚合物的合成
        3.2.2 酸碱膜的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 聚合物的合成和薄膜的制备
        3.3.2 微观结构
        3.3.3 物化性能
            3.3.3.1 机械性能
            3.3.3.2 热稳定性
            3.3.3.3 离子交换容量(IEC)
            3.3.3.4 吸水率、溶胀率和电解液接触角
        3.3.4 质子传导率、VO²⁺透过率和离子选择性
        3.3.5 化学稳定性
        3.3.6 全钒液流电池组装与测试
    3.4 小结
第四章 带有脂肪/芳香链的磺化聚酰亚胺交联膜
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 聚合物的合成
        4.2.2 交联膜的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 聚合物的合成和薄膜的制备
        4.3.2 微观结构
        4.3.3 物化性能
            4.3.3.1 机械性能
            4.3.3.2 热稳定性
            4.3.3.3 离子交换容量
            4.3.3.4 吸水率和溶胀率
        4.3.4 质子传导率、VO²⁺透过率和离子选择性
        4.3.5 全钒液流单电池测试
            4.3.5.1 全钒液流电池性能测试
            4.3.5.2 宽温度下电池性能测试
    4.4 小结
第五章 总结
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3829751