采用廉價的聚烯烴微孔膜作為支撐體,全氟磺酸離子交換樹脂作為復(fù)合相,設(shè)計并制備了成本低、機械強度高、性能優(yōu)異的超薄液流電池復(fù)合膜.研究了在H₂SO₄和HCl不同體系下復(fù)合膜的氫離子傳導(dǎo)、釩離子滲透、電池性能.結(jié)果表明,25μm復(fù)合膜具有較高的機械強度和較低的溶脹率;在混酸釩溶液體系（1.5 mol/L VOSO₄+1.5 mol/LH₂SO₄+2.5 mol/L HCl）的電池性能優(yōu)異,100 mA/cm²下能量效率（EE）為80%.同時,復(fù)合膜成本較低（40～60元/m²）,具有應(yīng)用前景. 

【文章來源】：膜科學(xué)與技術(shù). 2020年04期 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

復(fù)合膜制備工藝示意圖及膜照片

成膜工藝直接影響復(fù)合膜的導(dǎo)電性能.本文在不同成膜時間(0.5、1、2、4、6 h、)、成膜溫度(40、60、100、110、140 ℃)下進行復(fù)合成膜,并對制備的隔膜在3.0 mol/L的H2SO4溶液下進行電導(dǎo)率測試.從圖3(a)可以看出,隨著溫度的升高,膜的面電阻呈現(xiàn)出先增加后略微降低再上升的趨勢,100 ℃時具有較低的面電阻.該趨勢是因為,PE在超過其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(110 ℃)后,會發(fā)生明顯的熱收縮而導(dǎo)致微孔坍塌[21],使PE多孔膜滲入的全氟磺酸樹脂量減少,微孔及磺酸基團的減少共同作用使得復(fù)合膜的面電阻明顯升高.對于全氟磺酸樹脂溶液,隨溫度的升高和溶劑的揮發(fā),溶液中逐漸形成全氟磺酸樹脂聚集體[22],聚集體之間通過全氟磺酸樹脂分子主鏈段之間的相互作用繼續(xù)聚集、融合,形成物理交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而成膜[23],該過程可在100～200 ℃發(fā)生[24].因此,綜合考慮PE的熱穩(wěn)定性,本文選擇100 ℃為最佳成膜溫度.從圖3(b)可看出,隨著成膜時間的延長,樹脂的交聯(lián)程度提高,復(fù)合膜的面電阻升高,至2 h時達到最高,而后又呈降低趨勢.綜合考慮面電阻和耗能,選擇1 h作為最優(yōu)的成膜時間.因此獲得最優(yōu)的成膜工藝為100 ℃、1 h.圖3 成膜工藝對復(fù)合膜面電阻的影響

圖2 不同膜的表面與截面形貌以下的物化性能、導(dǎo)電性能、釩離子滲透性能及電池性能均采用溫度100 ℃、時間1 h的成膜工藝所制備的復(fù)合膜進行測試,并與Nafion212膜進行對比.由表2可知,25 μm的復(fù)合膜機械強度為137 MPa,遠(yuǎn)高于Nafion212膜的18.7 MPa[25];線性溶脹率僅為Nafion212膜的1/40,但含水量高于Nafion212膜.分析原因為,復(fù)合膜屬于非均相膜,作為基膜的PE為多孔膜,盡管全氟磺酸樹脂滲入其內(nèi)部,但仍具有一定的孔隙率,可以容納較多水分子,導(dǎo)致復(fù)合膜的含水量較高;但PE樹脂自身不具有溶脹特性,且具有明顯溶脹特性的全氟磺酸樹脂用量較少,則因樹脂溶脹導(dǎo)致復(fù)合膜的體積變化量較小,即復(fù)合膜的溶脹性較小.而Nafion212膜屬于均相質(zhì)子交換膜,其全氟磺酸樹脂的親水性導(dǎo)致水分子容易滲入樹脂內(nèi)部,引起較大的體積變化,即溶脹性高;但Nafion212膜內(nèi)部孔隙率低,可容納水分子的絕對值較小,因此含水量較低.

【參考文獻】：
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本文編號：2952478