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全钒液流电池用全氟磺酸离子交换膜

作　者: 牛淑娟
导　师: 李磊
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 全钒液流电池 全氟磺酸离子交换膜 钒V4+离子透过率 电导率
分类号: TM910.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


由于风能、太阳能等可再生清洁能源具有不连续不稳定的特点,因此,需要配备高性能的储能系统,以提高能源的有效利用率。全钒氧化还原液流电池(All-Vanadium Redox Flow Battery,VRBs)具备寿命长、充放电效率高等众多优点,成为理想选择。离子交换膜作为VRBs体系中的关键材料,其高成本以及对钒离子的阻隔性能差,阻碍着VRBs的广泛应用。本文通过自制具有不同高交换容量(IEC)的全氟磺酸(PFSA)离子交换膜和改性全氟磺酸离子交换膜来试图解决这个问题。首先,本文利用低成本的国产PFSA离子交换树脂,通过溶液流延法,分别在160℃和180℃两种成膜温度下,制备了3种具有高IEC值的PFSA离子交换膜,通过性能测试发现,IEC值和成膜温度越高,膜的吸水率、电导率和钒V4+离子透过率越大;而膜的离子选择性系数则随IEC值的增大而增大,随着成膜温度的升高而减小。另一方面,为了进一步降低自制PFSA离子交换膜的钒V4+离子透过率,本文选用3-巯丙基甲基二甲氧基硅烷(MPMDMS)作为改性剂,利用原位聚合法对IEC值为1.01mmol/g的PFSA离子交换膜进行改性并测试相关性能。研究结果发现改性后的PFSA离子交换膜其钒V4+离子透过率有了一定改善,电导率和吸水率均随着掺杂量的增大而降低,最终得到的掺杂量为7.58wt%的改性膜的离子选择性系数较原膜有较大提高。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-31
  1.1 引言  9-10
  1.2 全钒液流电池  10-19
    1.2.1 氧化还原液流电池的提出  10-11
    1.2.2 全钒液流电池的结构和工作原理  11-12
    1.2.3 全钒液流电池的特点  12-13
    1.2.4 全钒液流电池的应用领域  13-15
    1.2.5 全钒液流电池国内外研究情况  15-16
    1.2.6 全钒液流电池关键材料  16-19
  1.3 全氟磺酸离子交换膜  19-26
    1.3.1 概述  19-20
    1.3.2 全氟磺酸离子交换膜的成膜方法  20-22
    1.3.3 全氟磺酸离子交换膜的性能参数  22-26
  1.4 全氟磺酸离子交换膜在VRBs系统的应用现状及改性研究  26-29
    1.4.1 Nafion膜  26-27
    1.4.2 改性全氟磺酸离子交换膜  27-29
  1.5 本文研究内容和意义  29-31
第二章实验部分  31-41
  2.1 仪器与试剂  31-32
    2.1.1 实验仪器  31
    2.1.2 化学试剂  31-32
  2.2 全氟磺酸离子交换膜的制备  32-35
    2.2.1 全氟磺酸离子交换树脂的预处理  32-33
    2.2.2 全氟磺酸溶液的配制与浓缩  33
    2.2.3 溶液流延法制备全氟磺酸离子交换膜  33-35
  2.3 样品膜的预处理与储存  35
  2.4 性能测试  35-41
    2.4.1 扫描电子显微镜（SEM）  35
    2.4.2 全衰减全反射红外光谱（ATR-IR）  35-36
    2.4.3 热重分析（TGA）  36
    2.4.4 吸水率测试  36
    2.4.5 电导率测试  36-38
    2.4.6 钒V4+离子渗透率测试  38-40
    2.4.7 离子选择性系数  40-41
第三章 全钒液流电池用PFSA离子交换膜的研究  41-51
  3.1 前言  41
  3.2 实验部分  41-42
    3.2.1 PFSA离子交换膜的制备  41
    3.2.2 Nafion117 膜和 PFSA 离子交换膜的预处理  41-42
  3.3 性能测试结果与讨论  42-49
    3.3.1 扫描电子显微镜  42-43
    3.3.2 衰减全反射红外光谱  43-44
    3.3.3 吸水率测试  44-45
    3.3.4 电导率测试  45-46
    3.3.5 钒V4+离子渗透率测试  46-48
    3.3.6 离子选择性系数  48-49
  3.4 本章小结  49-51
第四章 PFSA离子交换膜的改性及性能研究  51-63
  4.1 前言  51-52
  4.2 实验部分  52-53
    4.2.1 化学试剂  52
    4.2.2 原位聚合法改性PFSA离子交换膜  52-53
  4.3 性能测试结果与讨论  53-62
    4.3.1 扫描电子显微镜  53-56
    4.3.2 衰减全反射红外光谱  56-57
    4.3.3 热重分析  57-58
    4.3.4 吸水率测试  58-59
    4.3.5 电导率测试  59-60
    4.3.6 钒V4+离子渗透率测试  60-61
    4.3.7 离子选择性系数  61-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章 全文总结  63-64
参考文献  64-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间已发表的论文及专利  74-76

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 一般性问题 > 基本原理、计算
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