【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及液流電池，尤其涉及一種復合離子交換膜及其制備方法和應用、鋅碘液流電池。
技術介紹
1、大規(guī)模儲能技術是解決風能、太陽能等可再生能源利用效率，實現削峰填谷、負荷補償，提高電網安全性的關鍵支撐技術。液流電池具有設計靈活、易擴展以及容量和功率可解耦的特點，是大規(guī)模儲能的最具競爭力的候選者之一。其中，鋅鹵液流電池，比如鋅溴液流、鋅碘液流電池，因其低成本、本質安全性和優(yōu)異的電化學性能，被認為是一種具有很高發(fā)展?jié)摿Φ囊毫鲀δ茈姵亍?/p>
2、液流電池的一個主要挑戰(zhàn)是活性物質交叉(crossover)的問題。在液流電池中使用的隔膜通常是離子交換薄膜，其功能要求是傳導電荷載離子并同時防止活性物質互滲。具體而言，陽極電解液/陰極電解液中的活性物質可以通過隔膜緩慢地擴散到相對側，從而造成自放電且降低電池的庫侖效率。此外，液流電池作為大規(guī)模儲能將與室外清潔能源轉換系統(tǒng)集成，不可避免地在高溫環(huán)境中運行，在高溫下的活性物質會更快速地滲透到對電極側。此外，在一些液流電池系統(tǒng)中，活性材料可與相對電極或電解液產生副反應，使得活性材料的交叉問題導致不可逆的容量損耗和最終電池故障。
3、現在國內外使用的膜材料主要是美國杜邦公司開發(fā)的nafion膜，它具有良好的選擇性可實現較高的庫倫效率，但有限的離子透過性導致了較低的電壓效率，使得鋅碘液流電池在能量效率和功率密度方面難以同時取得優(yōu)異的性能。此外，由于其價格昂貴，限制了影響液流電池的經濟可行性。低成本多孔膜已成為獲得改進功率的可行替代膜候選者，具有良好的滲透性，但表現出較差的選擇性。為
4、基于目前的鋅鹵液流電池正極活性物質crossover的問題，有必要對此進行改進。
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種復合離子交換膜及其制備方法和應用、鋅碘液流電池，以解決或至少部分解決現有技術中存在的缺陷。
2、第一方面，本專利技術提供了一種復合離子交換膜，包括多孔膜，以及位于多孔膜表面的金屬氧化物涂層。
3、優(yōu)選的是，所述的復合離子交換膜，所述金屬氧化物涂層中所用的金屬氧化物包括mgo、ceo2、zro2、tio2、al2o3中的至少一種；
4、和/或，所述多孔膜包括聚烯烴多孔膜、daramic膜、vanadion膜中的至少一種。
5、優(yōu)選的是，所述的復合離子交換膜，所述多孔膜的厚度為100～1000μm，所述金屬氧化物涂層的厚度為5～100μm。
6、第二方面，本專利技術還提供了一種所述的復合離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：
7、將粘結劑加入至有機溶劑中，攪拌，得到共混溶液；
8、向所述共混溶液中加入金屬氧化物，攪拌，得到涂層溶液；
9、將所述涂層溶液涂覆至多孔膜表面，干燥至涂層溶液中有機溶劑揮發(fā)，在多孔膜表面形成金屬氧化物涂層，即得復合離子交換膜。
10、優(yōu)選的是，所述的復合離子交換膜的制備方法，所述粘結劑包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、全氟磺酸聚合物中的至少一種；
11、和/或，所述有機溶劑包括二甲基亞砜、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一種；
12、和/或，所述金屬氧化物的粒徑為10～100nm；
13、和/或，所述粘結劑、有機溶劑、金屬氧化物的質量比為(0.5～2):(5～20):(5～10)。
14、優(yōu)選的是，所述的復合離子交換膜的制備方法，將粘結劑加入至有機溶劑中攪拌的步驟中，攪拌溫度為20～100℃，攪拌時間為0.5～12h；
15、和/或，向所述共混溶液中加入金屬氧化物攪拌的步驟中，攪拌溫度為20～100℃，攪拌時間為0.5～12h；
16、和/或，將所述涂層溶液涂覆至多孔膜表面的步驟中，涂覆方法包括流延法、刮涂法、噴涂法、旋涂法中的至少一種；
17、和/或，將所述涂層溶液涂覆至多孔膜表面，干燥步驟中，干燥溫度為20～80℃，干燥時間為0.5～24h。
18、第三方面，本專利技術還提供了一種所述的復合離子交換膜或所述的制備方法制備得到的復合離子交換膜在制備鋅鹵液流電池中的應用。
19、第四方面，本專利技術還提供了一種鋅碘液流電池，包括隔膜，所述隔膜為所述的復合離子交換膜或所述的制備方法制備得到的復合離子交換膜。
20、優(yōu)選的是，所述的鋅碘液流電池，還包括正極電解液和負極電解液；
21、其中，所述正極電解液包括zni2和水；
22、所述負極電解液包括znbr2、電解質和水。
23、優(yōu)選的是，所述的鋅碘液流電池，所述電解質包括kcl、k2so4、kbr中的任一種；
24、所述正極電解液中zni2的濃度為0.5～2m；
25、所述負極電解液中znbr2的濃度為0.5～2m；
26、所述負極電解液中電解質的濃度為0.5～2m；
27、所述復合離子交換膜中金屬氧化物涂層朝向正極。
28、本專利技術的復合離子交換膜及其制備方法、鋅碘液流電池相對于現有技術具有以下有益效果：
29、1、本專利技術的復合離子交換膜，包括多孔膜和金屬氧化物涂層，通過在多孔膜上引入鹵素加合物，構建了基于一系列局域化高碘濃度(lhic)涂層的復合膜，以抑制活性多碘化合物在陰極電解液中的交叉問題。具體而言，金屬氧化物對鹵素表現出很強的物理化學吸附作用，形成鹵素氧化物加合物，成為有效的鹵素載體；利用載體和鹵素(如碘)的強吸附特性，在多孔膜上構建局域化高碘濃度(lhic)涂層，可以增強多孔膜對碘物種的選擇性?；赿onna排斥和濃度梯度效應，構建的局域化高濃膜可以有效地抑制鋅碘電池/鋅溴電池的鹵素正極的擴散，緩解鋅碘/鋅溴液流電池的容量損失問題，并實現長期循環(huán)穩(wěn)定性；
30、2、本專利技術的復合離子交換膜，mgo-碘化物(ix-)加合物具有最高的碘吸附能，能夠形成最有效的lhic層；含有mgo涂層的復合離子交換膜對于抑制crossover的效果最好，有效的提升了鋅碘液流電池的庫倫效率，緩解不可逆的容量損失。因此，基于mgo涂層的lhic復合膜具有優(yōu)越的donnan排斥和濃度梯度效應，以限制聚碘化物(ix-)的穿梭，緩解鋅碘液流電池的容量損失問題，并實現長期循環(huán)穩(wěn)定性；同時基于mgo涂層的lhic復合膜具有良好的穩(wěn)定性，在高溫下仍然有效地抑制活性物質的穿梭，提高了鋅碘液流電池的庫倫效率；<本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種復合離子交換膜，其特征在于，包括多孔膜，以及位于多孔膜表面的金屬氧化物涂層。
2.如權利要求1所述的復合離子交換膜，其特征在于，所述金屬氧化物涂層中所用的金屬氧化物包括MgO、CeO2、ZrO2、TiO2、Al2O3中的至少一種；
3.如權利要求1所述的復合離子交換膜，其特征在于，所述多孔膜的厚度為100～1000μm，所述金屬氧化物涂層的厚度為5～100μm。
4.一種如權利要求1～3任一所述的復合離子交換膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.如權利要求4所述的復合離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述粘結劑包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、全氟磺酸聚合物中的至少一種；
6.如權利要求4所述的復合離子交換膜的制備方法，其特征在于，將粘結劑加入至有機溶劑中攪拌的步驟中，攪拌溫度為20～100℃，攪拌時間為0.5～12h；
7.一種如權利要求1～3任一所述的復合離子交換膜或權利要求4～6任一所述的制備方法制備得到的復合離子交換膜在制備鋅鹵液流電池中的應用。
8.一種鋅碘液流
9.如權利要求8所述的鋅碘液流電池，其特征在于，還包括正極電解液和負極電解液；
10.如權利要求9所述的鋅碘液流電池，其特征在于，所述電解質包括KCl、K2SO4、KBr中的任一種；
...【技術特征摘要】
1.一種復合離子交換膜，其特征在于，包括多孔膜，以及位于多孔膜表面的金屬氧化物涂層。
2.如權利要求1所述的復合離子交換膜，其特征在于，所述金屬氧化物涂層中所用的金屬氧化物包括mgo、ceo2、zro2、tio2、al2o3中的至少一種；
3.如權利要求1所述的復合離子交換膜，其特征在于，所述多孔膜的厚度為100～1000μm，所述金屬氧化物涂層的厚度為5～100μm。
4.一種如權利要求1～3任一所述的復合離子交換膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.如權利要求4所述的復合離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述粘結劑包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、全氟磺酸聚合物中的至少一種；
6....
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：梁國進，胡議闡，張遠慰，李政林，
申請(專利權)人：深圳理工大學籌，
類型：發(fā)明
國別省市：
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