高性能质子交换膜的制备及钥电池应用

随着当前环境问题的日益突出,新能源技术的发展也方兴未艾． 质子交换膜作为新型储能技术一全钒液流电池的关键材料之一，其性能的优劣决定着电池的寿命和使用成本，因此降低成本提高综合性能成为其研究的主要方向．我们课题组近年来一直致力于质子交换膜的研究,主要以高性能聚合物磺化聚酰亚胺(SPI)、磺化聚醚醚酮(SPEEK)、聚苯并咪唑(PBI) 为原料,通过共混或掺杂等方式制备系列酸碱复合膜应用于饥电池,得到了系列综合性能优良的质子交换膜． 其中,以磺化聚酰亚胺为膜材料时，五元环结构的 SPI 由于结构本身耐水解稳定性较差,与聚乙烯醇、聚醚酰亚胺等进行酸碱复合后,可得到高质子选择性的酸碱复合膜，组装成单电池后，其自放电时间是Nafion 膜的2倍，电池的电压效率也提升很大．当结构中引入六元环的二酐和含氟二胺后，纯 SPI 的耐氧化稳定性和耐水解稳定性大幅提升，经单电池性能测试,电池的自放电时间是300h，是Nafion115 膜的 14 倍，经500次充放电储环后,电池容量仍能保持 85%. SPEEK 作为一种可替代Nafion 膜潜质的高聚物，具有高质子电导率的优点,但阻饥能力差,经过和碱性物质复合,可以得到一系列高性能复合质子交换膜． 例如,SPPEK/QAPEI, SPEEK/PEI, SPEEK/PVP, SPEEK/GO、SPEEK/UTO一66 体系均得到了很好的改性效果•在单电池测试中,阻钒性明显得到提高,电池的库伦效率和自放电时间等性能参数均较 Nafion115 膜有提高．以上酸碱复合质子交换膜的传输机制均涉及质子的 Vehicle 和 Grot-thus 机理。

关键词：质子交换膜；聚酰亚胺；聚醚醚酮；质子选择性；钒电池