凝胶浴对钒电池用侧链型杂萘联苯聚醚酮多孔膜结构和性能的影响
DOI:
作者:
作者单位:

大连理工大学化工学院 辽宁省高性能树脂工程技术研究中心 辽宁省高分子材料与工程重点实验室 大连市膜材料与膜过程重点实验室,辽宁 大连 116024

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

TQ326.6

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(91860204);国家自然科学基金创新研究群体科学基金(22021005);辽宁省“兴辽英才计划” (XLYC1802073);大连市高层次人才创新支持计划(2019RD08),中央高校基本科研业务费(DUT20TD114)


Effect of Coagulation Bath on the Structure and Properties of Side-Chain Porous Anion Exchange Membrane for Vanadium Redox Flow Battery Application
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    摘要:

    以含苄基氯结构的杂萘联苯聚醚酮(CMPPEK-P)为原料,三甲胺为胺化试剂,通过先制膜后胺化的方式,利用水蒸气诱导相分离法(VIPS)成功制备了一种高性能钒电池用具季铵基侧链的杂萘联苯聚醚酮(QAPPEK-P)多孔阴离子交换膜。研究了在VIPS过程中,不同浓度氯化钠水溶液(0~26 wt.%)作为凝胶浴对膜结构和性能的影响:通过提高氯化钠浓度,QAPPEK-P膜的孔隙率提高且面电阻显著降低,而其阻钒性能无明显变化。其中,在凝胶浴盐浓度为26 wt.%条件下制得的QAPPEK-P膜,装载其单电池的电池效率最佳:在电流密度为140 mA cm-2时,能量效率可达80%;且其电池性能在120 mA cm-2的电流密度下,充放电150个循环后无明显变化而显示出良好的化学稳定性,证明了QAPPEK-P在多孔阴离子交换膜在钒电池应用中的潜力。

    Abstract:

    In vapor induced phase separation (VIPS) process, using poly(phthalazinone ether ketone)s with benzyl chloride moieties (CMPPEK-P) as material, trimethylamine as amination reagent, a novel anion exchanged porous membrane (QAPPEK-P) with high battery performance was obtained and could be used in vanadium redox flow battery (VRFB). It is studied that how different concentrations of NaCl solution (0~26 wt.%) as coagulation bath affect the QAPPEK-P membrane structure and properties. With the increase of NaCl concentration in the coagulation bath, the results show that the porosity of the QAPPEK-P membranes increase, and the vanadium ion permeability of the membranes is changed little, but the area resistance become lower. The QAPPEK-P membrane with the coagulation bath concentration 26 wt.% possessed the best cell performance, which showed a higher energy efficiency (80%) than Nafion 115 (76.8%) at 140 mA cm-2, and the membrane showed stable cell performance up to 150 cycles test at 120 mA cm-2 current density. It indicates that the QAPPEK-P membrane show favorable development prospects for vanadium redox flow battery.

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  • 收稿日期:2022-05-15
  • 最后修改日期:2022-09-21
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