【摘 要】
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能源问题成为制约各国经济发展的重要因素,新能源的开发成为解决问题的出路,在新能源的开发中需要配备一定的储能装置。全钒液流电池(VRB)是一种新型绿色环保高容量电池,隔膜是
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能源问题成为制约各国经济发展的重要因素,新能源的开发成为解决问题的出路,在新能源的开发中需要配备一定的储能装置。全钒液流电池(VRB)是一种新型绿色环保高容量电池,隔膜是电池的重要组成部分,影响电池的效率。本文的目的是研究一种新型的聚醚醚酮离子交换膜,为钒电池隔膜的开发提供新的思路。 采用浓硫酸为磺化剂,制备不同磺化度下的聚醚醚酮(PEEK)膜,研究不同磺化度下SPEEK膜的离子交换容量、面电阻、含水量、钒离子渗透率等参数,并选取磺化度为60%的隔膜进行单电池性能测试。结果表明:XRD测试显示SPEEK的结晶性下降,随着磺化度的升高,离子交换容量增加,含水量升高,钒离子渗透率升高。磺化度为60%的SPEEK膜(SPEEK60)相比Nafion117拥有更低的钒离子渗透率,离子选择性为Nafion117的10倍。在单电池的测试系统中,SPEEK60具有较高的库伦效率(CE)和能量效率(EE),在自放电测试中,SPEEK60自放电时间为Nafion117的2.5倍,通过循环测试隔膜性能稳定,充放电比较理想。 为了解决高磺化度SPEEK隔膜带来含水量过高,机械性能不稳定的特点,选用了聚醚酰亚胺(PEI),聚乙烯吡咯烷酮(PVP)两种碱性物质形成不同的酸碱共混膜。使用FTIR和XRD进行结构表征,采用SEM进行隔膜的微观结构表征,其它参数例如:离子交换容量、质子电导率、含水量和钒离子渗透率都进行了测试与分析。结果发现:随着PEI与PVP的加入,共混膜的含水量和溶胀率下降,PVP共混膜拥有更低的含水量。相比Nafion117膜,两种不同的共混膜拥有较高的钒离子渗透率和略低的质子电导率。相比PEI共混膜,PVP共混膜的钒离子渗透率更低。在电池性能测试中,SPEEK/PEI,SPEEK/PVP相比Nafion117膜具有较低的充电容量损失,更高的库仑效率(CE)和能源效率(EE),此外,PEI共混膜的CE和EE相比PVP共混膜更高一点,在充放电循环测试中,两种酸碱复合膜表现出良好的电池性能,通过50次充放电循环,电池性能没有发生改变。SPEEK/PEI,SPEEK/PVP酸碱共混膜在VRB的应用中显示出广阔的前景。 本论文的研究为PEEK在钒电池隔膜中的应用提供了一种新思路,对于钒电池隔膜的开发及利用具有一定的参考价值。
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