论文部分内容阅读
全钒氧化还原液流电池(简称VRB)作为储能技术的一种,因具有使用寿命长、设计灵活、可深度放电及环境污染小等特点,引起了研究者的广泛关注。离子交换膜(IEMs)是钒电池的重要部件之一,其性能的好坏制约着钒电池的发展。本论文主要合成并研究了结构不同的侧链磺化聚芳醚酮(SPAEK)对钒电池性能的影响。首先以甲氧基对苯二酚、4,4’-二氟二苯甲酮、双酚A为单体,经缩聚反应合成含甲氧基聚芳醚酮(MPAEK),脱甲基后得羟基聚芳醚酮(HPAEK),再以丙烷磺酸内酯、3,3’-二磺酸钠基-4,4’-二氟二苯酮(SDFK)、对羟基苯磺酸钠为磺化试剂,控制不同的反应条件,改性后得SPAEK、多磺化侧链聚芳醚酮(SPAEK50)、梳型磺化侧链聚芳醚酮(CSPAEK)三系列聚芳醚酮阳离子交换膜。对其进行核磁、红外、热重、扫描电镜及水接触角测试,实验结果表明聚芳醚酮磺化改性成功。所测自制膜的机械性能、抗氧化性能满足离子交换膜的使用要求。增加磺化单体的投料比或延长反应时间,可以使聚芳醚酮的磺化度增大,膜的离子交换容量(IEC)、溶胀度及含水率也随之提高。对SPAEK、SPAEK50系列膜的质子传导性能研究表明,1EC值大小影响质子的传输。分别测试SPAEK、CSPAEK系列膜的质子传导率及钒渗透率,结果表明含柔性烷基磺化侧链SPAEK膜的质子传导率、离子选择性能略差于Nafion117膜；而CSPAEK70-6的质子传导率高达7.91×10-2s/cm,表现出优异的质子传导性能,CSPAEK50、CSPAEK70-5膜的钒离子渗透系数远低于6.04×10-66cm2/min,优于Nafion117膜。膜的钒电化学性能测试结果显示,在20 mA/cm2电流密度下,SPAEK-70、CSPAEK50-4的放电时间接近Nafion117膜,60 mA/cm2电流密度下,所测CSPAEK70-5的库仑效率为62.11%,与Nafion117膜相当,能量损失小,说明自制膜具有良好的电化学性能。