全钒液流电池的质子传导膜研究

面向风能、太阳能等新能源产业发展对大规模蓄电储能装备的重大需求，研究全钒液流电池的质子传导膜材料制备过程的成膜机理和膜材料设计方法。突破现有“离子交换”传质机理的限制，利用钒电解液中不同价态钒离子与氢离子相比，在体积和荷电量的差异，提出利用纳米尺度多孔膜的离子“筛分”和“静电排斥”效应进行离子分离的概念。结果表明，本项目研究成功具有纳米孔结构的PVDF膜，孔径分布在4-8 nm，添加物在成膜过程中起到了致孔剂的作用。成膜过程中随着溶剂挥发，疏水性PVDF分子和亲水性添加物分子各自团聚成单一组分富集相，超过临界相变浓度后发生相分离。随后，将脱除溶剂后的干态膜浸入水中，使水溶性添加物溶解到水中，留下的“空穴”彼此连通成为具有纳米孔结构的多孔膜。在国际上首次完成聚偏氟乙烯（PVDF）的全钒液流电池专用质子传导膜制造工艺放大，成功制得面积800×1000mm的质子传导膜，厚度80～160微米，电导率大于3×10－2S/cm。本项目成果为液流电池装备开发所需的隔膜研究提供基础理论和技术支撑，对于发展新能源战略产业具有重大现实意义和理论价值。