【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜及其制备方法和应用，属于钒电池离子交换膜领域。
技术介绍
1、全钒氧化还原液流电池(vrb)相比于其它储能电池具有能效高、响应时间短、自放电率低、循环寿命长等特点，因而受到广泛关注和应用。钒氧化还原液流电池被认为是一种高效的能量存储/转换系统，它的设计容量比常规电池要大得多，具有明显的优势，可以大规模连接到电力系统，广泛应用于负载均衡、电网调峰、不间断电源(ups)等大规模储能设备中。
2、目前，作为氧化还原液流电池的关键部件之一，膜材料既用来分隔正、负半电池，也需为电荷平衡离子提供通道以保证电池回路。近年来，关于钒电池用膜材料的基础研究和产业应用研究受到广泛关注，并获得长足发展，按照发挥的机理不同，钒电池用膜材料可分为阳离子交换膜(cem)、阴离子交换膜(aems)、两性离子交换膜(alem)和多孔膜。nafion膜的树脂材料为磺化四氟乙烯聚合物，具有高电导率，是使用最广泛的阳离子交换膜材料，但是钒渗透率大；而阴离子交换膜由于donnan排斥效应而降低了钒离子的渗透，但同时受到低导电率的限制；因而以适应大批量生产的方法制备出同时具备高电导性和低钒离子渗透率的两性离子交换膜是本领域的研究方向。
技术实现思路
1、鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜及其制备方法，通过对全氟磺酸氟树脂进行高效并均匀的阴阳离子辐照接枝改性，一方面赋予全氟磺酸氟型树脂较高比例的支化结
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将包含全氟磺酸氟型树脂粉料、阴离子改性剂、阳离子改性剂和接枝助剂的原料按比例在高速搅拌机中充分混合，烘干得到混合粉料，将混合粉料烘干置于反应釜中，加热升温至95-100℃，排除气体并充入惰性气体后密封，伽马射线辐照，辐照剂量2.5-3mrad，冷却至室温，得到接枝混合粉料；(2)将步骤(1)所述的接枝混合粉料用排气式双螺杆挤出机挤出造粒，冷却，干燥，得到母粒；(3)将步骤(2)所述母料再次加热至95-100℃，进行二次伽马射线辐照，辐照剂量2.5-3.5mrad，冷却至室温，得到辐照接枝母料；(4)将步骤(3)所述辐照接枝母料投入单螺杆挤出机中，熔融挤出流延成膜，冷却后得到阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸树脂膜；(5)将步骤(4)所述阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸树脂膜依次经钠化和氢化，得到阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜。
3、可选的，所述阴离子改性剂为苯乙烯磺酸、苯乙烯基磺酸钠和甲基丙烯酸3-磺酸丙脂中的一种或组合。
4、可选的，所述阳离子改性剂为甲基丙烯酸二甲氨乙酯、n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基胺、n-异丙基丙烯酸酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和1-烯丙基-3-乙烯基咪唑醋酸盐中的一种或组合。
5、可选的，所述接枝助剂为对氟苯乙烯。
6、可选的，所述原料还包括溶剂；所述溶剂为二氯乙烷或甲苯。
7、可选的，全氟磺酸氟型树脂粉料、阴离子改性剂、阳离子改性剂、接枝助剂和溶剂的质量比为100:(3-5):(5-8):(0.8-1.2)：(10-20)。
8、可选的，所述步骤(1)的烘干温度为90-100℃；所述排除气体并充入惰性气体的次数为3-5次；所述惰性气体为氮气或氩气。
9、可选的，所述步骤(2)的排气式双螺杆挤出机和步骤(3)的单螺杆挤出机具有由耐腐蚀镍基合金钢制的螺杆、机筒和模头；所述排气式双螺杆挤出机的各段温度为275-295℃，机头温度为280-285℃；所述单螺杆挤出机各段温度为270-295℃，机头温度为286-290℃。
10、可选的，所述步骤(5)的钠化和氢化，具体为将步骤(4)所述阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸树脂膜依次经浓度25wt％的na0h甲醇溶液钠化与16wt％的盐酸溶液氢化，去离子水清洗，干燥，得到阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜。
11、本专利技术还提供了一种如上所述方法制备得到的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜。
12、本专利技术还提供了一种如上所述阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的应用，所述阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜用于钒电池。
13、本专利技术的有益效果如下：
14、1、本申请通过溶剂将阴离子改性剂、阳离子改性剂和接枝助剂均匀分布于粉料的表面后，烘干排除溶剂，然后在惰性气体保护下伽马射线辐照活化树脂，接枝助剂起辅助作用将特定的阴阳离子改性剂接枝到活化的全氟磺酸氟树脂上，提高全氟磺酸氟树脂的支化度，使其在加工过程中保持稳定的流动性，减弱了剪切变稀的非牛顿流体性质，具备合适的粘弹性，便于挤出流延加工制备两性全氟磺酸离子交换膜。
15、2、本专利技术的方法可以得到膜厚均匀，表面平整光滑的两性全氟磺酸树脂膜，该两性离子交换膜在保持良好电导率的情况下，钒离子的渗透性显著降低。
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1.一种阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述阴离子改性剂为苯乙烯磺酸、苯乙烯基磺酸钠和甲基丙烯酸3-磺酸丙脂中的一种或组合。
3.如权利要求1所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述阳离子改性剂为甲基丙烯酸二甲氨乙酯、N-(4-乙烯基苄基)-N,N-二烷基胺、N-异丙基丙烯酸酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和1-烯丙基-3-乙烯基咪唑醋酸盐中的一种或组合。
4.如权利要求1所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述接枝助剂为对氟苯乙烯。
5.如权利要求1所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述原料还包括溶剂；所述溶剂为二氯乙烷或甲苯。
6.如权利要求5所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，全氟磺酸氟型树脂粉料、阴离子改性剂、阳离子改性剂、接枝助剂和溶剂的质量比为100:
7.如权利要求1所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的烘干温度为90-100℃；所述排除气体并充入惰性气体的次数为3-5次；所述惰性气体为氮气或氩气。
8.如权利要求1所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的钠化和氢化，具体为将步骤(4)所述阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸树脂膜依次经浓度25wt％的Na0H甲醇溶液钠化与16wt％的盐酸溶液氢化，去离子水清洗，干燥，得到阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜。
9.如权利要求1-8中任意一项所述方法制备得到的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜。
10.如权利要求9所述阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的应用，其特征在于，所述阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜用于钒电池。
...【技术特征摘要】
1.一种阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述阴离子改性剂为苯乙烯磺酸、苯乙烯基磺酸钠和甲基丙烯酸3-磺酸丙脂中的一种或组合。
3.如权利要求1所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述阳离子改性剂为甲基丙烯酸二甲氨乙酯、n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基胺、n-异丙基丙烯酸酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和1-烯丙基-3-乙烯基咪唑醋酸盐中的一种或组合。
4.如权利要求1所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述接枝助剂为对氟苯乙烯。
5.如权利要求1所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述原料还包括溶剂；所述溶剂为二氯乙烷或甲苯。
6.如权利要求5所述的阴阳离子辐照接枝改性全氟磺酸离子交换膜的制备方法，其特征在于，全氟...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨大伟，柏槐基，袁茂文，曹朋飞，山伯晋，伍晶鑫，茹小飞，
申请(专利权)人：江苏科润膜材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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