全釩液流電池的質子傳導膜研究

《全釩液流電池的質子傳導膜研究》是依託清華大學，由王保國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：全釩液流電池的質子傳導膜研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：王保國
• 項目類別：面上項目

項目摘要

面向風能、太陽能發電等新能源產業對大規模蓄電儲能裝備的重大需求，研究全釩液流電池的質子傳導膜材料製備方法、成膜機理與膜材料設計理論。提出以含氟高分子為基體原料，使用具有質子傳導功能的單體化合物在基體中聚合，形成高分子鏈互穿網路結構的質子傳導膜；前者提供膜材料耐氧化、耐腐蝕性能，後者提供質子傳導通道。對質子傳導膜材料的分子聚集體化學組成、微結構與帶電粒子選擇性遷移之間的關係進行研究，揭示製備過程控制參數對膜材料化學組成、微結構的影響規律，建立面向液流電池過程的質子傳導膜材料設計理論與方法。通過設計質子傳導功能單體的基團組成、分子結構，合理調控含氟高分子基體與質子傳導聚合物的相互作用，有望實現親水基團和疏水基團平衡，有效抑制膜材料溶脹和水分子滲透。本項目成果能夠為新能源裝備開發提供所需的膜材料，形成質子傳導膜設計方法和和技術基礎，對於發展新能源戰略產業具有重大現實價值和理論意義。

結題摘要

面向風能、太陽能等新能源產業發展對大規模蓄電儲能裝備的重大需求，研究全釩液流電池的質子傳導膜材料製備過程的成膜機理和膜材料設計方法。突破現有“離子交換”傳質機理的限制，利用釩電解液中不同價態釩離子與氫離子相比，在體積和荷電量的差異，提出利用納米尺度多孔膜的離子“篩分”和“靜電排斥”效應進行離子分離的概念。結果表明，本項目研究成功具有納米孔結構的PVDF膜，孔徑分布在4-8 nm，添加物在成膜過程中起到了致孔劑的作用。成膜過程中隨著溶劑揮發，疏水性PVDF分子和親水性添加物分子各自團聚成單一組分富集相，超過臨界相變濃度後發生相分離。隨後，將脫除溶劑後的乾態膜浸入水中，使水溶性添加物溶解到水中，留下的“空穴”彼此連通成為具有納米孔結構的多孔膜。在國際上首次完成聚偏氟乙烯（PVDF）的全釩液流電池專用質子傳導膜製造工藝放大，成功製得面積800×1000mm的質子傳導膜，厚度80～160微米，電導率大於3×10－2S/cm。本項目成果為液流電池裝備開發所需的隔膜研究提供基礎理論和技術支撐，對於發展新能源戰略產業具有重大現實意義和理論價值。