离子传导膜、应用该离子传导膜的液流电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种离子传导膜，包括离子传导膜基体层，所述离子传导膜基体层设有覆盖层，所述覆盖层材料的溶胀率不高于所述离子传导膜基体层材料的溶胀率的0.5倍。所述覆盖层的材料选自陶瓷粉、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或环氧树脂中的至少一种。本发明专利技术通过在离子传导膜基体层设覆盖层，使离子传导膜再遇水后不会出现溶胀现象，使得简便易行的干装组装工艺得以实现。与现有技术的湿膜组装相比，提高了电池库伦效率和能量效率2％～3％，此外，还大大提高了液流电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的涉及液流电池
，特别涉及一种液流电池用离子传导膜及其制备方法。
技术介绍
液流电池电堆包括电极框、正负电极和离子传导膜等结构。电极框为中空结构，正负电极位于其中空区域，离子传导膜位于正负电极之间，离子传导膜的两侧表面的四周边部与电极框紧密接触。现有技术中，在组装液流电池时，往往无法实现直接采用干燥状态下的离子传导膜(干膜)组装电堆，这是由于将未处理的离子传导膜组装到电堆上后，离子传导膜与电解液接触会发生吸水溶胀现象，使得离子传导膜的面积和尺寸发生变化，而离子传导膜的四周边部与电极框紧密接触并压紧，导致该部分膜材料在溶胀后无法继续向电堆外部延伸，从而在该区域堆积一定数量的褶皱，褶皱的出现将大大降低离子传导膜与两侧电极框的密封性，从而增加电堆内部漏电和漏液的风险，降低电堆运行稳定性，缩短电堆寿命。因此，为避免以上问题，现有技术中组装电堆的方式为采用湿润状态的离子传导膜(湿膜)组装电堆，即将干膜先置于水、电解液中完全浸润后形成湿膜再进行电堆的组装。但是采用湿膜组装电堆存在以下技术问题和缺陷：1.干膜浸润为湿膜后，膜材料的的拉伸强度至少下降20％，致使离子传导膜的寿命降低，电池经历长期运行后，离子传导膜会出现裂纹甚至破碎等情况发生。2.由于浸润了一定量的液体，湿膜不可避免的出现厚度变薄、孔径变大的问题，导致液流电池电解液中的离子通过膜两侧渗透的速度加快，使得液流电池的库伦效率降低2％-3％，能量效率也随之降低。3.湿膜由于其电解液公共流道通孔内壁直接接触具有腐蚀性和导电性的电解液，当液流电池运行时，电解液公共流道通孔处的电解液与膜材料内部中浸润的电解液实现导通，从而产生旁路电流，使得内漏电现象频频发生，而漏电产生的电能往往以热量方式消耗，从而导致湿膜电解液公共流道通孔处过热(局部温度可能超过50℃)，使得电解液活性物质在高温状态下析出并形成强氧化性的结晶物质，这些固态物质堆积在离子传导膜的电解液公共流道上，进一步加速了离子传导膜特别是电解液公共流道内壁的腐蚀速度，使得离子传导膜首先从电解液公共流道通孔处开始出现孔洞、裂纹，导致离子传导膜整体破裂损坏，电堆整体报废，电池系统无法继续运行。
技术实现思路
为了解决现有技术湿膜组装电池电堆所产生的技术问题，本专利技术提供一种液流电池用离子传导膜及其制备方法，可避免离子传导膜拉伸强度低、电池内漏电、电池库伦效率低、能量效率低等技术缺陷，提高了液流电池电堆的性能及使用寿命。本专利技术目的在于提供一种离子传导膜，包括离子传导膜基体层，所述离子传导膜基体层设有覆盖层，所述覆盖层材料的溶胀率不高于所述离子传导膜基体层材料的溶胀率的0.5倍。本专利技术所述离子传导膜基体层材质为液流电池通用材料，具体地可优选含酸基或酸基衍生物的含氟、非氟聚合物。作为优选的技术方案，所述覆盖层的材料选自陶瓷粉、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或环氧树脂中的至少一种。作为优选的技术方案，所述覆盖层的厚度为0.01mm-0.5mm。作为优选的技术方案，所述离子传导膜基体层的两个表面的至少一个表面上设有回字形覆盖层；所述回字形覆盖层的外边缘尺寸不小于离子传导膜基体层的外周尺寸，所述回字形覆盖层Ⅰ的内边缘尺寸大于电极的外周尺寸。作为优选的技术方案，所述离子传导膜基体层的四个横截侧面的至少一个侧面上设有所述覆盖层。作为优选的技术方案，所述离子传导膜基体层设有电解液公共流道通孔，所述电解液公共流道通孔的内壁表面设有所述覆盖层。作为优选的技术方案，所述离子传导膜基体层设有定位孔，所述定位孔的内壁表面设有所述覆盖层。本专利技术另一目的是离子传导膜的加工工艺，将以上所述覆盖层材料通过涂刷、喷涂、粘结、浸渍或热压的方式接合于所述离子传导膜基体层。本专利技术再一目的是提供液流电池电推，包含以上所述的离子传导膜。本专利技术的有益效果：1、由于液流电池离子传导膜存在遇水溶胀的特性，导致干装过程中遇水后溶胀出现外漏问题，因此现有技术中离子传导膜无法采用干装。而本专利技术通过在离子传导膜基体层设覆盖层，使离子传导膜再遇水后不会出现溶胀现象，使得简便易行的干装组装工艺得以实现。与现有技术的湿膜组装相比，提高了电池库伦效率和能量效率2％～3％，此外，还大大提高了液流电池的使用寿命。2、未处理的离子传导膜材料强度差，制约液流电池寿命，而本专利技术提供的离子传导膜在其与电极框接触的区域的一侧或两侧设回字形覆盖层，两侧可以是同种材料也可以是不同材料构成，在不影响液流电池电压效率的同时，将离子传导膜的机械强度提升了50％以上，从而大幅提高液流电池电堆性能。3、本专利技术提供的离子传导膜，其离子传导膜基体层的四个横截侧面的至少一个侧面上设有所述覆盖层；防止了离子传导膜的毛细作用，从厚度方向固定了离子传导膜的尺寸。4、本专利技术提供的离子传导膜，在离子传导膜的电解液公共流道的内壁也设覆盖层，通过覆盖层的隔绝，避免了离子传导膜内部吸纳的电解液与电解液公共流道通孔处的电解液直接接触，从根本上杜绝了离子传导膜内部形成的漏电通道导致的内漏电而造成的离子传导膜永久损伤；同时，也克服了离子传导膜被腐蚀的问题。5、本专利技术提供的离子传导膜，在离子传导膜的定位孔的内壁也设覆盖层，通过定位孔周围上下表面和内壁的覆盖层所起到的隔离和固化作用，保证了定位孔在接触电解液前后的尺寸、位置和形状无变化，从而解决了现有技术中电堆由于某一节单电池出现问题需要拆卸重新组装时，因离子传导膜定位孔位置和尺寸的变化，导致电堆无法快速实现二次组装的问题。6、本专利技术提供的离子传导膜，其覆盖层能承受氢离子浓度小于10M的酸溶液，所述覆盖层与离子传导膜基体层之间可以承受的内压不低于2kg/cm2。附图说明本专利技术附图5幅，图1带有覆盖层的离子传导膜的各部件位置关系示意图；图2离子传导膜包覆覆盖层处理后成品示意图；图3带有覆盖层的离子传导膜公共流道处理后截面图A-A；图4带有覆盖层的离子传导膜定位孔处理后截面图B-B；图5带有覆盖层的离子传导膜外边缘处理后截面图C-C；图中，1隔膜，2涂覆层，3电解液公共流道通孔，4定位孔。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。膜边部拉伸强度测定方法，参考GB/T1040.3-2006。实施例1离子传导膜基体层，材质为Nafion115离子传导膜，尺寸为400mm×300mm。覆盖层的材质为聚丙烯热熔胶膜，厚度为0.2mm。离子传导膜基体层的两个表面均设有回字形覆盖层，外边缘尺寸为400mm×300mm，内边缘尺寸为350mm×250mm。加工工艺为，使用树脂切割模具将聚丙烯热熔胶膜裁剪成两个上述尺寸的回字形结构，作为回字形覆盖层。将其分别置于离子传导膜两侧，保证其外边缘与离子传导膜外边缘整齐对齐。将两侧置有回字形覆盖层的离子传导膜放置到热压机进行热压处理，热压工艺如下：温度为100℃，压力为3MPa，热压时间40S，得到带有覆盖层的离子传导膜。采用此离子传导膜组装2kW电堆(电极尺寸为350mm×250mm)并进行充放电循环，测试数据见表1。对比例1Nafion115离子传导膜，尺寸为400mm×300mm。利用该膜材料直接干装为组装2kW电堆并进行充放电循环，测试数据见表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子传导膜，包括离子传导膜基体层，其特征在于，所述离子传导膜基体层设有覆盖层，所述覆盖层材料的溶胀率不高于所述离子传导膜基体层材料的溶胀率的0.5倍。

【技术特征摘要】
1.一种离子传导膜，包括离子传导膜基体层，其特征在于，所述离子传导膜基体层设有覆盖层，所述覆盖层材料的溶胀率不高于所述离子传导膜基体层材料的溶胀率的0.5倍。2.根据权利要求1所述的离子传导膜，其特征在于所述覆盖层的材料选自陶瓷粉、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或环氧树脂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的离子传导膜，其特征在于，所述覆盖层的厚度为0.01mm-0.5mm。4.根据权利要求1或2或3所述的离子传导膜，其特征在于，所述离子传导膜基体层的两个表面的至少一个表面上设有回字形覆盖层；所述回字形覆盖层的外边缘尺寸不小于离子传导膜基体层的外周尺寸，所述回字形覆盖层的内边缘尺寸大...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振坤，张华民，许晓波，李颖，高素军，马相坤，张宇，
申请(专利权)人：大连融科储能技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21