液流电池中离子交换膜的技术要求及发展方向
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- 作者:中和储能
- 发布时间:2024-12-19
【概要描述】离子交换膜的国产化主要集中在主流需求的全氟磺酸离子交换膜的生产以及技术攻关上,近几年,多孔离子传导膜、非氟化膜的研发也在不断增多
离子交换膜是液流电池中的重要结构部件,其可以分隔正负极电解液,并通过选择性透过离子,从而实现电池结构中完整回路的构建,同时阻碍了电解液间不同价态钒离子因交叉污染引起的自放电现象。
以全钒液流电池为例,理想的全钒液流电池隔膜需要具备以下特征:(1)低钒离子渗透率,减少由钒离子的跨膜运输导致的污染;(2)优异的化学稳定性,高机械强度,使得薄膜在酸性条件下的寿命长,从而增长电池寿命;(3)高离子电导率与良好的离子选择性,使得电池效率高;(4)低水通量,在充放电过程中,使得阴、阳两极电解液保持平衡;(5)加工生产成本低,有利于隔膜的广泛应用。
根据附着于膜上离子官能团的带电情况,离子交换膜可以分为阳离子交换膜、阴离子交换膜以及两性离子交换膜:
两性离子交换膜拥有两种类型的官能团,带正电的官能团能阻挡钒离子传输,从而抑制钒离子的交叉污染,而带负电的官能团可以保证较高的离子传导率,增强膜的导电性。然而,离子传输能力与离子选择性具有矛盾性,很难兼顾,导致两性离子交换膜两种官能团的配比多样,膜制造工艺复杂,成本较高。
全钒液流电池用离子交换膜主要可分为含氟离子交换膜和非氟离子交换膜。在含氟离子交换膜中,按照膜材料树脂氟化程度的不同,可以大体分为全氟磺酸离子交换膜、部分氟化离子交换膜和非氟离子交换膜三类。
2、部分氟化离子交换膜:部分氟化的离子交换膜具有较低的成本,同时具有良好的化学稳定性能,从而可以应用在全钒液流电池中。
3、非氟离子交换膜:相较于全氟材料,非氟离子交换膜源头采用非氟树脂材料,摒弃了传统含氟材料所存在的弊端从根本上降低成本。非氟离子交换膜具有离子选择性高、机械稳定性好及成本低廉等特点,较早应用于燃料电池体系中。
由于氟化膜价格较高,近几年,多孔离子传导膜、非氟化膜的研发也在不断增多。中和储能“非氟离子交换膜”源头采用非氟树脂材料,摒弃了传统含氟材料所存在的弊端,在性能测试方面,通过多层次结构设计,成功解决了过去非氟离子交换膜材料化学稳定性、离子传导率和离子选择性的不足,电池性能达到Nafion膜水平的同时,成本降低80%以上,是当前含氟离子交换膜的理想替代,为液流电池、高温燃料电池、金属离子分离等领域提供了低成本、可持续的解决方案。公司现已交付客户60厘米宽幅产品,根据客户的反馈,该产品稳定性优于市面上其他全氟膜,成功帮助客户降低终端产品成本,提升竞争力。