不同酸摻雜PBI質子交換膜的制備、改性及釩電池應用.pdf

1、全釩氧化還原液流電池(VRFB)作為一種大型儲能設備，近年來備受關注并逐步步入商業(yè)化階段。釩電池的運行離不開性能優(yōu)異的質子交換膜(PEMs)，現(xiàn)階段應用最多的是杜邦公司的Nafion系列膜，可是其昂貴的價格和較差的阻釩性阻礙了其在釩電池中的發(fā)展。聚苯并咪唑(PBI)在酸性條件下可具備質子傳導能力，并且可以有效地阻止釩離子滲透，但質子電導率水平仍有待提高。本文圍繞上述問題，根據(jù)質子交換膜的傳質機理，通過共混、不同酸摻雜等方式制備了一系列釩

2、電池用PBI質子交換膜。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.對購買的PBI原料進行詳細的結構表征，推測出其分子結構。將PBI與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共混制各質子交換膜，研究不同PVP含量對隔膜性能的影響，結果發(fā)現(xiàn)PVP的加入可有效提高膜的吸水率、硫酸吸附量和質子電導率，與PBI原膜相比，PBI-PVP-5膜的結合酸含量可達2.47mmol·g-1，質子電導率達4.81mS·cm-1，選擇性（3.12×105S min cm-3）達到PB

3、I原膜(1.12×105S·min·cm-3)的2倍多。電流密度為100mA·cm-1時，電池的電壓效率(VE=74.15％)、能量效率(EE=74.59％)分別比PBI原膜提高了10.06％和10.75％。電池自放電時間達到了307h，可有效應用于釩電池體系。
　　2.使用甲磺酸(MSA)、磷酸(H3PO4)、硫酸(H2SO4)、甲酸(HCOOH)分別對PBI膜進行質子化處理，對不同酸摻雜后的PBI膜進行相關電池性能表征，其中P

4、BI-MSA膜質子電導率可達10.94mS·cm-1，且電池性能最佳。在100mA·cm-1電流密度循環(huán)100次后，庫倫效率(CE)、VE、EE值分別達99.65％、81.78％和81.30％，500次循環(huán)后EE值仍可保持在80％以上，自放電300h后電壓沒有明顯下降，優(yōu)于商業(yè)化Nafion115膜。
　　3.使用3，3-二氨基聯(lián)苯胺、4，4-二羧基二苯醚為單體合成帶有單醚鍵結構的OPBI，制備硫酸摻雜的OPBI隔膜并應用于釩電池