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全钒液流电池用新型胍类阴离子交换膜的研究

崔玉芳  
【摘要】:作为一种大型环保的储能装置,全钒液流电池(VRB)的研究受到了越来越多的关注。其发展目前还处于商业化的初步阶段,其中最大的一个限制因素电池的隔膜。目前用的比较多的Flemion膜及Nafion系列膜,它们都是全氟类的质子交换膜。优点是离子传导率和稳定性比较好,但是也存在着成本高、水迁移以及离子选择性差(钒离子渗透率高)的问题。而阴离子交换膜在成本、水平衡和离子选择性等方面都有着明显的优势,所以,近年来,众多的研究者将目光投向了阴离子交换膜。 本文旨在合成一种新型胍类阴离子交换膜,首先合成了十氟苯僫二唑(FPOx)单体,与四甲基双酚A发生缩聚反应得到基础聚合物含氟聚芳醚唑(FPEO)。然后,利用聚合物FPEO跟N-溴代丁二酰亚胺进行亲核取代,这样反应生成了带有苄溴基的聚合物BFPEO。并且研究了N-溴代丁二酰亚胺用量不同时,溴取代率的变化情况。另外,合成了胍化试剂五甲基胍(PMG),并对BFPEO进行胍基化改性,最终流延成膜可以制备出胍基功能化的新型阴离子交换膜(GFPEO)。为了确定聚合物的结构,对其进行了FTIR和1H-NMR的分析和表征,还测定了不同胍化程度的膜的主要性能,包括:溶解性能、热稳定性、离子交换容量、电解液吸收率、电解液中的溶胀率、面电阻、电导率、 钒渗透率和静电池自放电情况等。实验结果证明,GFPEO膜具有较好的热稳定性、较高的离子传导率,它的面电阻值略低于相同条件下测得的厚度相当的Nafion膜,室温下电导率可以达到3.6×10~(-2)S.cm~(-1)。因为杜南效应的作用,实验制备膜的钒离子的渗透率为2.1×10~(-8)cm.min~(-1),远小于Nafion112膜的渗透情况。自放电测试也进一步证明了GFPEO膜良好的阻钒性。有以上这些实验结果可以判定,实验所得GFPEO膜有望应用在全钒液流电池中。


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