離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。膜的發(fā)展自從1950年出現(xiàn)至今直到今天還是一個熱門研究課題,膜技術的不斷開發(fā)也是離子交換膜不斷發(fā)展的過程。到目前為止,離子交換膜在工業(yè)社會的方方面面都被應用到,其中能源方面是最受關注的領域之一。離子交換膜如今被廣泛應用在各種燃料電池、儲能電池系統(tǒng)中。本文制備了磺化度為61%的SPEEK(磺化聚醚醚酮)膜,并對其進行了一系列表征,證明其確實可以應用在釩電池儲能系統(tǒng)中;通過實驗篩選,發(fā)現(xiàn)厚度在50μm的SPEEK膜比Nafion117膜擁有低一個數(shù)量級的釩離子滲透率,而且在單電池的性能測試中,SPEEK膜具有更高的CE(庫倫效率)和EE(能量效率);在單電池的自放電測試中,SPEEK膜組裝的釩電池的自放電時間是Nafion117膜的2倍左右;在單電池循環(huán)性能測試中,SPEEK膜組裝的釩電池在電流密度為60mA/cm~2時經(jīng)過50次循環(huán)的充放電實驗,庫倫效率還維持在95%以上,能量效率維持在85%左右,電池效率基本沒有衰減。另外我們還將SPEEK膜應用在擴散滲析實驗中,通過制備不同厚度的SPEEK膜進行序批式的小膜堆擴散滲析實驗,發(fā)現(xiàn)膜的厚度不同時表現(xiàn)出鋰離子和鎂離子的不同選擇分離比。當SPEEK膜的厚度為20μm左右,它的鋰離子和鎂離子的選擇性達到3.11,隨著厚度的不斷提升,當SPEEK膜的厚度為50μm時,鋰離子和鎂離子的選擇性達到3.96。相應的鋰離子通量分別從9.13%下降到4.59%,而鎂離子通量從2.91%下降到1.17%。隨后為了更適用于工業(yè)生產(chǎn),我們進行了不同流量強度下連續(xù)性擴散滲析的實驗:在最小為5.078L.h~(-1).m~(-2)的流量強度下,我們得到了最高的鋰離子透過率;在最大為26.889L.h~(-1).m~(-2)的流量強度下,我們得到了最高的選擇分離比。通過連續(xù)性擴散滲析實驗的研究,可以得到合適的流量條件以適合實際工業(yè)的應用。
【學位單位】：溫州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM911;TB383.2
【部分圖文】：

的大型儲存能量的裝置，由澳大利亞新南威爾士大學（UNSW）Kazacos M.和Sum E.等人于 1984 年率先提出的[16]。1986 年，該課題成功制造出世界上首臺靜止型全釩單電池[17]。制備出了可以在較寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定儲存而不會結(jié)晶的濃度為 2mol/L 的高濃度釩電解液，進一步完成了流動型釩電池的制作[18]。

同時阻隔釩離子的通過。離子交換膜既然是提供氫離子這樣的質(zhì)子的傳道，那么它就不能對氫離子的傳輸有較大的阻礙，這就要求隔膜的電阻不大，質(zhì)子容易通過才能獲得較好的電池性能。集流體承受著釩電池中電解沖刷，因此要具有一定的機械強度和化學穩(wěn)定性。我們在釩電池中采用的墨板，它是理想的集流體。2.2 釩電池的工作原理

圖 1- 3 釩氧化還原液流電池的工作原理圖[19]Figure 1- 3 Principle of vanadium redox flow battery[19]如圖 1- 3所示是釩電池的工作原理圖。在電池進行充電時，四價釩以（VO2+）存在形式失去電子生成五價釩離子以 VO2+形式存在和 H+，化學反應中離子價態(tài)的變化產(chǎn)生電子，其經(jīng)由石墨氈電極被收集到石墨板這個集流板上，然后傳輸?shù)酵獠侩娐飞希藭r負極電解液中的三價釩離子（以 V3+形式存在）通過正極傳輸過來的電子被還原為二價釩離子（是以 V2+的形式存在），其中濃度為 3mol/L的硫酸提供 H+在電池內(nèi)部傳輸，從而形成一個閉合回路，完成整個充放電過程。在電池的充電過程中，正負極兩邊的電解液中釩離子增大的價態(tài)差距，形成了較高的電勢，從而使電能轉(zhuǎn)換成化學能。放電時，同樣通過電化學反應的發(fā)生，使得儲存的化學轉(zhuǎn)化為電能輸出[22]。通過文獻[23, 24]得知釩電池運行時的標準電極電勢為約1.26V ，但是在我們對電池進行實際充放電時發(fā)現(xiàn)，釩離子在不同價態(tài)之間轉(zhuǎn)換會導 致電解液的濃度發(fā)生變化，所以釩電池的實際電極電勢約為1.45V~1.7V。
【參考文獻】

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本文編號：2845208