离子交流膜和相关膜过程开展历史长期以来的科学研讨,使人们关于离子交流膜的认识不时深化,大局部应用集中在氯碱工业、电渗析、水处置等范畴。针对储能电池技术而展开的离子交换膜分支之-- 质子传导膜的研讨相对较少。由于可再生能源发电、智能电网与电动汽车产业对电池隔阂的迫切需求,引发对该类导电膜的研讨浪潮,现有研究多数集中在氢氧燃料电池、直接燃料电池范畴,对应用于液流电池的质子传导膜的研讨尚处于实验研讨阶段。本章在总结这一范畴的研讨成果和储能电池根本原理的根底上,论述储能电池隔阂的表征办法与测试手腕,并组以全钒液流电池为例,阐明储能电池的膜材料需同时满足的导电性、阻钒性、稳定性和合理本钱等请求。以分子膜的化学组成与物理构造的演化过程为线索,分别综述为满足以上请求的三类膜资料,包括Nafion系列膜、非型质子传导膜、纳米尺度孔径的多孔膜。在归结现有膜资料化学构造、物理性质与电学性能的根底上,阐述***质子传导膜的***研讨方向,瞻望储能电池膜资料设计与可能的绿色合成技术道路。11.1.1储能电池的工作原理液流电池(redox flow battery )是一种应用活动的电解液贮存电力能源的装置,它将电能转化为化学能贮存在电解质溶液中,适给于大容量贮存电能场所运用。
液流电池技术是电化学储能技术的一-次性进步,将原先贮存在固体电极上的活性物质溶解进入电解液中,经过电解液循环活动供应电化学反响所需的活性物质。因而,储能容量***受有限的电极体积限制,能够依据实践需要独立设计所需储能活性物质的数量,特别合适于大范围电能贮存场所运用。迄今为止，人们曾经研讨多种双液流电池体系,包括铁铬体系(Fe3+/Fe2+ Vs Cr3+/Cr2+，1.18V)、全钒体系(V5+/N4+ Vs V3+/V2+,1.26V)、钒溴体系( V3+/2+Vs Br-/CIBr2- , 1.85V)、多硫化钠溴(Br2/Br-vsS/ S2- , 1.35V )等电化学体系。为了进步能量密度,简化电解液循环设备,近年来提出堆积型单液流体系,例如,锌/镍体系、化铅/铜体系,以及全铅双堆积型液流电池和锂离子液流电池概念。现代意义的液流电池研讨始于1974年,国NASA的科学家Thaller, L.H.提出一种电化学储能安装。在众多的液流电池中,目前只要全钒液流电池(钒电池)、锌溴液流电池进入适用化***运转阶段。1986年,澳大利亚新南威尔士大学的MariaSkyllas- Kazacos提出全钒液流电池技术原理,运用不同价态钒离子V(I )/V( m )和V(IV)/V( V )构成氧化复原电对;以石墨毡为电极,石墨/塑料板栅为集流体;质子传导膜作为电池隔阂;正、负极电解液在充放电过程中流过电极外表发作电化学反响,可在5~50°C温度范围运转。