磺化聚醚醚酮基离子交换膜在全钒液流电池中的应用
Date:2024/8/6 16:25:49 / Read: / Source:本站
钒电池的发展最早可以追溯到1985年,是由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kacos提出,而它的前身是60年代的铁—铬体系的氧化还原电池。
这一类电池都具有寿命长、快速响应、维护费用低等优点,在众多的行业领域中都有着非常广阔的应用前景,但这类电池也存在着自身的不足,那就电池中使用的全氟磺酸阳离子膜存在钒离子渗透率高、价格昂贵的缺点,这两点严重制约了全钒液流电池的商业化应用,因此全行业都在寻找合适的离子交换膜,来提高效率、延长寿命、降低电池的成本。
目前我们正在对高磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜的进行改性研究,寻找提高SPEEK基离子交换膜的性能与稳定性的方法。研究过程中,我们发现磺化度为67%时,SPEEK膜具有高的离子选择性,利用该膜组装的全钒液流电池具有良好的电池性能,另外在研究成膜溶剂时,我们发现成膜溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的效果较好。下面小编将以表格的形式来展现我们的研究成果:
这一类电池都具有寿命长、快速响应、维护费用低等优点,在众多的行业领域中都有着非常广阔的应用前景,但这类电池也存在着自身的不足,那就电池中使用的全氟磺酸阳离子膜存在钒离子渗透率高、价格昂贵的缺点,这两点严重制约了全钒液流电池的商业化应用,因此全行业都在寻找合适的离子交换膜,来提高效率、延长寿命、降低电池的成本。
目前我们正在对高磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜的进行改性研究,寻找提高SPEEK基离子交换膜的性能与稳定性的方法。研究过程中,我们发现磺化度为67%时,SPEEK膜具有高的离子选择性,利用该膜组装的全钒液流电池具有良好的电池性能,另外在研究成膜溶剂时,我们发现成膜溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的效果较好。下面小编将以表格的形式来展现我们的研究成果:
研究介质 |
研究成果 |
电池特性 |
与PVDF的复合膜
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SPEEK与PVDF具有良好的相容性,PVDF有效抑制了复合膜的溶胀,PVDF的高的化学稳定性有助于提高复合膜的稳定性 |
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与P(VDF-HFP)复合膜 |
SPEEK/P(VDF-HFP)复合膜中出现了分相结构,但因SPEEK与P(VDF-HFP)存在弱的相互作用,该类复合膜具有较好的化学稳定性。 |
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与SBA-15的复合膜 |
SPEEK中的-SO3H基团与SBA-15内的-OH基团存在氢键相互作用,有效提高了复合膜的热稳定性。 |
当SBA-15质量分数为20%时,用该复合膜所组装的电池在60 mA cm-2电流密度下工作,电池的库仑效率和能量效率分别为96.3%和88.1%,比Nafion 117膜的电池分别提高了4.1%和7.1%。 |
与PAN的共混膜
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SPEEK中的-SO3H酸性基团与PAN中的-C≡N碱性基团存在酸碱作用,进一步的结果表明,随着PAN质量分数增加,共混膜的酸碱作用不断增强,SPEEK/PAN共混膜的吸水率和钒离子渗透率不断降低,离子选择性不断提高。 |
以S/PAN-20膜所组装的全钒液流电池,在80 mA cm-2电流密度下工作时,电池的库仑效率和能量效率分别为96.2%和83.5%,比Nafion 117膜的电池均提高了5.1%。 |
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