收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钒电池用杂萘联苯聚芳醚砜阴离子交换膜研究

邢东博  
【摘要】: 全钒氧化还原液流电池(简称钒电池)是目前发展势头强劲的绿色环保储能电池之一,具有可深度放电、充放电速度快、使用寿命长及成本低廉等优点,但目前限制其应用的因素之一是隔膜材料的发展。目前钒电池使用的Nafion膜虽然具有好的化学稳定性和较低的面电阻,但其价格昂贵、而且属于阳离子交换膜,对钒离子的阻隔性较差,电池自放电现象严重,影响电池效率。研制新型的、价格低廉且阻钒性能良好的阴离子交换膜是解决此难题的有效手段。本课题组自主研发的含二氮杂萘酮结构的聚芳醚砜(PPES)和共聚芳醚砜(PPBES)材料具有优异的成膜性、化学稳定性和低廉的价格,通过对其进行氯甲基化/季铵化改性,制得的阴离子交换膜不但具有较低的钒离子渗透率,而且与商用Nafion膜相比,电池性能优良,在钒电池领域应具有较好的应用前景。本文针对以下几方面内容进行了详细的研究: 系统研究了PPES和PPBES的氯甲基化改性制备工艺,考察了反应因素对产物氯甲基化程度的影响。以有机溶剂—硝基苯对PPES和PPBES进行氯甲基化改性,以浓硫酸为溶剂对PPES进行氯甲基化改性,两种方法相比较,有机溶剂法具有对设备耐腐蚀程度要求低、溶剂易于回收、无废酸产生等优点,采用两种方法实现了氯甲基化PPES、PPBES的可控制备,产物的核磁氢谱证实氯甲基被成功引入到聚合物链中。考察了不同氯甲基含量的CMPPES和CMPPBES的溶解性,结果表明这两种氯甲基化聚合物在三氯甲烷,N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N,N-甲基乙酰胺(DMAc)中均能溶解良好。 通过改变胺化条件,制备得到一系列不同离子交换容量的QAPPES和季铵化共聚芳醚砜(QAPPBES)膜。研究了制膜工艺及胺化条件对季铵化聚芳醚砜阴离子交换膜(QAPPES)的性能影响。考察了膜在常见溶剂中的溶解性,发现QAPPES和QAPPBES膜在NMP、DMAc、卤代烃和苯等溶剂中均不溶解,表现出良好的耐溶剂性。通过对PPES、CMPPES和QAPPES进行热失重分析,结果表明改性后膜材料的热性能下降,CMPPES的初始热失重温度降低到300℃,QAPPES的初始热失重温度降低到200℃左右,经分析分别是氯甲基基团和季铵基团的降解造成的。 详细研究了离子交换容量、离子交换基团和膜微观结构对QAPPES膜电池性能的影响,研究结果表明离子交换基团为三甲基季铵基团、结构均匀致密的均质膜在钒电池中具有较好的综合性能,当离子交换容量为1.50mmol/g,QAPPES膜在钒单电池中的电流效率为98.1%,电压效率为87.0%,能量效率为85.4%,对四价钒离子的渗透系数为3.58×10-5cm·min-1;在相同测试条件下,比Nafion117膜具有更高的电流效率和更低的钒离子渗透性。 制备得到了季铵化聚砜QAPSf、聚醚砜QAPES┋阴离子交换膜。详细比较了杂萘联苯聚醚砜和商用聚砜阴离子交换膜结构和性能的关系。结果表明主链中含有二氮杂萘酮结构的QAPPES和QAPPBES阴离子交换膜,由于链结构较为刚性,膜的溶胀度低,因此膜具有较好的阻钒性。而商用聚砜材料由于聚合物主链的电子密度较高,容易被钒电解液氧化,化学稳定性较差,且膜易溶胀,当IEC增大时,膜对钒离子的渗透选择性变差。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 赵平;杨佳星;彭贵江;王宏;;钒电池用离子交换膜的研究与开发[J];材料导报;2009年05期
2 王继生,刘承敏;小面积阴离子交换膜代替盐桥制备铕(Ⅱ)的研究[J];稀有金属;1983年06期
3 惠博然;快速生长水溶晶体新方法—电渗析法[J];硅酸盐通报;1988年03期
4 赵平;彭贵江;王宏;高宏;;钒液流电池用离子交换膜的研究进展[J];电池工业;2009年04期
5 叶丽;管蓉;王姝姗;袁园;;阴离子交换膜的卤甲基化改性研究进展[J];电池工业;2010年02期
6 张守海;王璠;邢东博;蹇锡高;;VRB用季铵化聚醚砜阴离子交换膜[J];电池;2010年03期
7 徐铜文;吴永会;罗婧艺;;PPO/SiO_2碱性阴离子交换膜的制备与表征[J];膜科学与技术;2011年03期
8 陆晓华;李翱;汤志武;施文赵;;固定荧光素光纤pH传感器的研究[J];仪器仪表与分析监测;1988年03期
9 林涛,王军,彭勇,余立新;手性选择性阴离子交换膜的制备及性能[J];清华大学学报(自然科学版);2005年09期
10 尹春香;张守海;邢东博;张本贵;蹇锡高;;胺化条件对季铵化PPEK膜性能的影响[J];电源技术;2010年02期
11 杜瑞奎;高保娇;李延斌;王玲;;聚砜阴离子交换膜的制备及结构与性能研究[J];高分子学报;2010年07期
12 张燕梅;方军;严格;庄永泽;;碱性直接甲醇燃料电池含氟阴离子交换膜的制备及性能研究[J];电化学;2011年01期
13 伍艳辉;张海峰;谭惠芬;李佟茗;;季铵化壳聚糖-聚乙烯醇阴离子交换膜的性能[J];膜科学与技术;2011年01期
14 高孟春;梁方圆;杨丽娟;李冰;于恒;王子超;钟媛;;阴离子交换膜生物反应器反硝化性能的研究[J];中国给水排水;2010年03期
15 李俊杰,朱扬清,杨华铨;全钒氧化还原流体电池电极材料的研究[J];广西大学学报(自然科学版);2001年02期
16 许茜;乔永莲;;钒电池电极材料和复合电极的研究进展[J];电源技术;2008年12期
17 腊人僖;比嘉充;王苓;;聚乙烯醇/聚二甲基二乙烯氯化铵阴离子自立交换膜的制备与性能[J];西华大学学报(自然科学版);2011年03期
18 孟凡明,崔艳华,李茂林,盛勇宏,刘建青;全钒离子液流电池初步研究[J];电源技术;1998年01期
19 ;相关行业信息[J];中国金属通报;2002年03期
20 郑重德;;钒电池能否引领新能源革命[J];装备制造;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张本贵;张守海;韩润林;蹇锡高;;钒电池用含吡啶交换基团杂萘联苯聚芳醚酮酮阴离子交换膜[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
2 张燕梅;方军;伍永彬;;用于碱性直接甲醇燃料电池的新型含氟阴离子交换膜的制备及表征[A];中国化学会第十一届全国氟化学会议论文摘要集[C];2010年
3 伍永彬;方军;张燕梅;;含氟阴离子交换膜的制备和表征[A];中国化学会第十一届全国氟化学会议论文摘要集[C];2010年
4 徐帅;张杨;马文佳;那辉;;新型侧链型阴离子交换膜的制备及性能研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 马文佳;赵成吉;林海丹;那辉;;碳纳米管增强阴离子交换膜的制备与性能研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
6 樊彩霞;李忠芳;王素文;于如军;;用于DMAFC的季铵化杂萘联苯聚醚砜阴离子交换膜的制备研究[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
7 张守海;邢东博;尹春香;张本贵;蹇锡高;;全钒液流电池用杂萘联苯聚芳醚砜阴离子交换膜的研制[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
8 蹇锡高;颜春;张华民;张守海;韩铁民;王锦艳;赵平;;季铵化聚醚砜酮阴离子交换膜材料的研制[A];2005中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会论文集[C];2005年
9 李兴彬;魏昶;邓志敢;李旻廷;李存兄;;扩散渗析法在湿法冶金中的应用[A];2008年全国湿法冶金学术会议论文集[C];2008年
10 吴永会;罗婧艺;徐铜文;;适用于扩散渗析的PVA-SiO_2杂化阴离子交换膜的制备与表征[A];第三届膜分离技术在冶金工业中应用研讨会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邢东博;钒电池用杂萘联苯聚芳醚砜阴离子交换膜研究[D];大连理工大学;2010年
2 李远;吡啶及其衍生物制备阴离子交换膜以及传质特性的研究[D];中国科学技术大学;2008年
3 颜春;季铵化聚芳醚砜酮纳滤膜及阴离子交换膜的研究[D];大连理工大学;2007年
4 吴永会;有机—无机杂化阴离子交换膜的制备、表征和应用[D];中国科学技术大学;2009年
5 吴亮;聚合物基均相离子交换膜的制备、表征及离子传导特性研究[D];中国科学技术大学;2009年
6 倪婧;高性能聚合物电解质膜材料的制备和性能研究[D];吉林大学;2012年
7 张正辉;面向燃料电池的侧链型芳香族离子交换膜的制备、表征及应用[D];中国科学技术大学;2012年
8 吴雄伟;全钒电池关键材料和能量效率的研究[D];中南大学;2011年
9 陈茂斌;钒电池关键材料及外通道流量分配研究[D];重庆大学;2008年
10 罗冬梅;钒氧化还原液流电池研究[D];东北大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 祝鹏;聚乙烯苄基氯碱性阴离子交换膜的制备和性能研究[D];北京化工大学;2011年
2 任之光;一种带有醚键的阴离子交换膜的制备及研究[D];天津大学;2010年
3 腊人僖;聚乙烯醇/聚二甲基二乙烯氯化铵阴离子交换膜的制备与表征[D];西华大学;2011年
4 崔玉芳;全钒液流电池用新型胍类阴离子交换膜的研究[D];北京化工大学;2012年
5 刘陟;交联型燃料电池用阴离子交换膜的制备和研究[D];大连理工大学;2011年
6 李明;燃料电池碱性阴离子交换膜的制备与表征[D];北京化工大学;2010年
7 王瑾;季铵碱阴离子交换膜的合成及其性能测试[D];哈尔滨工程大学;2007年
8 卢刚;阴离子交换膜固相化学发光法测定痕量金[D];吉林大学;2006年
9 胡振坤;金的野外快速测定便携仪器的研制[D];吉林大学;2008年
10 袁森;新型磺化聚酰亚胺质子交换膜及新型聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备和性能研究[D];上海交通大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;张建勇:为了一块不平凡的钒电池[N];河北日报;2009年
2 刘芝;薄膜科技及其应用[N];大众科技报;2000年
3 张宇;我国首套实用性钒电池储能系统投运[N];国家电网报;2010年
4 本报记者 李映;智能电网储能应用升级 钒电池初露锋芒[N];中国电子报;2011年
5 特约记者 蔡亚君记者 刘迅;钒电池生产基地落户崇阳[N];咸宁日报;2008年
6 本报通讯员 宫靖宇 白子军 本报记者 李建成;向“中国钒都”挺进[N];河北日报;2011年
7 记者 叶勇 秦菲菲;钒资源利用思路将有大调整[N];上海证券报;2011年
8 本报记者 张春;钒产业,期待“临门一脚”[N];四川日报;2010年
9 孙本惠;划时代的革命[N];中国化工报;2002年
10 江利;电渗析法处理苦咸水技术[N];中国水利报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978