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高性能电池膜材料研究获进展

文章来源：中国化工报更新时间：2022-03-28 15:04:03

中化新网讯近日，中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部李先锋研究员团队在高性能、低成本碱性体系液流电池用膜材料规模化制备及应用方面取得新进展，通过连续卷对卷式制膜工艺，实现了非氟阳离子传导膜的大面积制备，及其在碱性体系液流电池储能技术中的应用。

　　该研究团队基于对碱性体系离子传导膜结构设计以及对离子传输机理的前期研究，通过亲电取代反应，制备千克级的磺化聚醚醚酮高分子聚合物树脂，再利用连续卷对卷式制膜工艺，大面积批量制备出非氟阳离子交换膜材料，实现了其在碱性体系液流电池中的应用。

　　研究团队采用所研制的膜材料，集成出4千瓦级碱性锌铁液流电池电堆，在80毫安/平方厘米的工作电流密度条件下，电堆能量效率可达85%以上。

　　专家称，这一研究有望提高新一代液流电池性能、加速其从实验室走向规模应用，并对降低新一代液流电池储能技术成本、推进液流电池储能技术实用化进程具有积极的促进作用。

　　储能是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键和支撑技术，液流电池储能技术具有安全、可靠、寿命长、效率高等优势，是规模储能的首选技术。其中，降低成本特别是降低液流电池关键材料——离子传导膜材料成本，是推动液流电池的实用化进程的关键之一。

　　目前，碱性体系液流电池用离子传导膜的研究十分有限，全氟磺酸离子交换膜(Nafion)由于其优异的稳定性，成为目前液流电池乃至碱性体系液流电池的首选膜材料。然而，Nafion膜存在生产工艺复杂、生产过程中的副产物对环境与人类健康危害较大、价格昂贵，以及在碱性体系下离子传导率低，导致电池效率低等问题?？⒌统杀尽⒔峁箍煽?、制备工艺简单的非氟类阴离子交换膜有望解决上述问题。

　　但是，在碱性体系下，传统非氟类阴离子交换膜——季胺型阴离子传导膜上的季胺基团会发生霍夫曼消除和亲核取代反应，使得该类膜稳定性较差。

　　研究发现，该团队制备的膜材料，因其刚性骨架结构及其电荷特性，而具有优异的耐碱稳定性，主链上离散的磺酸基团在膜内可形成连续的氢键网络，使羟基在膜内以Grotthuss机理进行快速传递，从而提高了膜材料的电导率。

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