【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种离子交换膜及其制备方法，尤其涉及一种复合型离子交换膜及其制备和在液流电池中的应用。
技术介绍
1、在液流电池的核心构造中，离子传导膜的作用举足轻重。它不仅是阻止正负极电解液中钒离子相互渗透的屏障，还是氢离子流通以形成电池闭环的关键通道。离子传导膜的性能优劣直接决定了整个电池系统的综合表现。理想的离子传导膜应具备高离子选择性、优异的离子传导效率、卓越的化学稳定性以及经济合理的成本。
2、目前，液流电池领域主流的商业化膜材料是全氟磺酸离子传导膜(nafion)，尽管其性能稳定，但离子选择性不足且成本高昂，这限制了其在工业领域的广泛应用。相比之下，非氟离子传导膜具有成本低廉、热稳定性和机械强度高以及离子选择性较好的优点。这类膜材料通过精细的孔径筛分机制和电荷排斥效应，实现了对导电离子和质子的有效分离。然而，其相对较低的导电性能仍是制约其进一步商业化的关键障碍。因此，当前的研究重点正集中在开发一种既具有高导电性又具备出色钒离子阻隔性能的离子传导膜上。旨在确保液流电池的高效稳定运行，同时进一步降低成本，推动全钒液流电池储能技术向更广阔的市场拓展。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种导电性能和离子选择性兼优的复合型离子交换膜。本专利技术的另一目的在于提出一种复合型离子交换膜的制备方法，解决如何获得复合型离子交换膜的问题。本专利技术的第三目的在于将复合型离子交换膜应用于制备液流电池中，解决如何提升液流电池的电学性能的问题。
2、技
3、优选地，所述离子交换膜包括全氟磺酸离子交换膜和非氟磺酸离子交换膜。
4、本专利技术第二方面公开上述复合型离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：
5、(1)将硅烷偶联剂溶解于醇溶剂中，加入有机酸，搅拌反应得第一溶液；
6、(2)将离子交换膜浸入第一溶液中，加热反应后加入碱液中和，取出膜片得改性基膜；
7、(3)将改性基膜浸入氧化剂水溶液中，再于冰盐浴下滴加3,4-二甲基吡咯水溶液，聚合反应后取出膜片，洗涤、干燥后得到复合型离子交换膜。
8、3,4-二甲基吡咯单体通过氧化偶合聚合形成聚合物层。含有甲基取代基的聚合物层不仅提高了离子膜的电导率，还通过提高膜的电压效率改善膜的能量效率，达到提高膜应用性能的效果。
9、优选地，在步骤(1)中，所述醇溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的至少一种，所述有机酸包括甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸中的至少一种，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
10、优选地，在步骤(1)中，第一溶液中硅烷偶联剂浓度为4.0-8.0wt％，加入有机酸至第一溶液ph为2.0-4.0，所述搅拌反应条件为室温搅拌水解反应0.5-1h。
11、优选地，在步骤(2)中，加热反应的条件为加热至50-90℃，恒温反应1-5h后静置12-36h。
12、优选地，在步骤(3)中，所述氧化剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、碘酸钾、重铬酸钾、高锰酸钾、过氧化氢、三氯化铁中的至少一种，所述氧化剂水溶液的浓度为0.5-1.5mol/l。
13、优选地，在步骤(3)中，所述3,4-二甲基吡咯水溶液的浓度为4.0-8.0％wt，所述冰盐浴的温度在0-10℃，所述3,4-二甲基吡咯与氧化剂的摩尔比为1.5-2.0：1.0。
14、优选地，在步骤(3)中，所述聚合反应的条件为搅拌下聚合反应0.5-2h，所述洗涤的方法为依次用乙醚和蒸馏水清洗膜片表面。
15、本专利技术第三方面公开上述复合型离子交换膜在液流电池中的应用。
16、在一些实施例中，所述液流电池包括全钒液流电池、锌/溴液流电池、锌/碘液流电池、铁/铬液流电池或钒/溴液流电池中的一种。
17、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
18、本专利技术中制备的复合型离子交换膜具备优异的导电性能和离子选择性，各项性能优于现有的nafion膜。应用本专利技术构建的液流电池具备较好的电学性能，本专利技术可使液流电池能够高效稳定运行。
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1.一种复合型离子交换膜，其特征在于，包含离子交换膜及偶联于离子交换膜上的3,4-二甲基吡咯聚合物层。
2.根据权利要求1所述复合型离子交换膜，其特征在于，所述离子交换膜包括全氟磺酸离子交换膜和非氟磺酸离子交换膜。
3.根据权利要求1或2所述复合型离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述复合型离子交换膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述醇溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的至少一种，所述有机酸包括甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸中的至少一种，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
5.根据权利要求3所述复合型离子交换膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，第一溶液中硅烷偶联剂浓度为4.0-8.0wt％，加入有机酸至第一溶液pH为2.0-4.0，所述搅拌反应条件为室温搅拌水解反应0.5-1h。
6.根据权利要求3所述复合型离子交换膜的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，加热
7.根据权利要求3所述复合型离子交换膜的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述氧化剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、碘酸钾、重铬酸钾、高锰酸钾、过氧化氢、三氯化铁中的至少一种。
8.根据权利要求3所述复合型离子交换膜的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述3,4-二甲基吡咯水溶液的浓度为4.0-8.0％wt，所述冰盐浴的温度在0-10℃，所述3,4-二甲基吡咯与氧化剂的摩尔比为1.5-2.0：1.0。
9.根据权利要求3所述复合型离子交换膜的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述聚合反应的条件为搅拌下聚合反应0.5-2h，所述洗涤的方法为依次用乙醚和蒸馏水清洗膜片表面。
10.根据权利要求1或2所述复合型离子交换膜在液流电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种复合型离子交换膜，其特征在于，包含离子交换膜及偶联于离子交换膜上的3,4-二甲基吡咯聚合物层。
2.根据权利要求1所述复合型离子交换膜，其特征在于，所述离子交换膜包括全氟磺酸离子交换膜和非氟磺酸离子交换膜。
3.根据权利要求1或2所述复合型离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述复合型离子交换膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述醇溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的至少一种，所述有机酸包括甲酸、乙酸、丙酸、苯甲酸中的至少一种，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
5.根据权利要求3所述复合型离子交换膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，第一溶液中硅烷偶联剂浓度为4.0-8.0wt％，加入有机酸至第一溶液ph为2.0-4.0，所述搅拌反应条件为室温搅拌水解...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞欢，吴家虎，李凤仪，
申请(专利权)人：安徽海螺洁能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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