近日，中國科學院大連化學物理研究所儲能技術研究部李先鋒研究員團隊在高性能、低成本堿性體系液流電池用膜材料規(guī)模化制備及應用方面取得新進展，通過連續(xù)卷對卷式制膜工藝，實現了非氟陽離子傳導膜的大面積制備，及其在堿性體系液流電池儲能技術中的應用。
該研究團隊基于對堿性體系離子傳導膜結構設計以及對離子傳輸機理的前期研究，通過親電取代反應，制備千克級的磺化聚醚醚酮高分子聚合物樹脂，再利用連續(xù)卷對卷式制膜工藝，大面積批量制備出非氟陽離子交換膜材料，實現了其在堿性體系液流電池中的應用。
研究團隊采用所研制的膜材料，集成出4千瓦級堿性鋅鐵液流電池電堆，在80毫安/平方厘米的工作電流密度條件下，電堆能量效率可達85%以上。
專家稱，這一研究有望提高新一代液流電池性能、加速其從實驗室走向規(guī)模應用，并對降低新一代液流電池儲能技術成本、推進液流電池儲能技術實用化進程具有積極的促進作用。
儲能是構建以新能源為主體的新型電力系統的關鍵和支撐技術，液流電池儲能技術具有安全、可靠、壽命長、效率高等優(yōu)勢，是規(guī)模儲能的首選技術。其中，降低成本特別是降低液流電池關鍵材料——離子傳導膜材料成本，是推動液流電池的實用化進程的關鍵之一。
目前，堿性體系液流電池用離子傳導膜的研究十分有限，全氟磺酸離子交換膜(Nafion)由于其優(yōu)異的穩(wěn)定性，成為目前液流電池乃至堿性體系液流電池的首選膜材料。然而，Nafion膜存在生產工藝復雜、生產過程中的副產物對環(huán)境與人類健康危害較大、價格昂貴，以及在堿性體系下離子傳導率低，導致電池效率低等問題。開發(fā)低成本、結構可控、制備工藝簡單的非氟類陰離子交換膜有望解決上述問題。
但是，在堿性體系下，傳統非氟類陰離子交換膜——季胺型陰離子傳導膜上的季胺基團會發(fā)生霍夫曼消除和親核取代反應，使得該類膜穩(wěn)定性較差。
研究發(fā)現，該團隊制備的膜材料，因其剛性骨架結構及其電荷特性，而具有優(yōu)異的耐堿穩(wěn)定性，主鏈上離散的磺酸基團在膜內可形成連續(xù)的氫鍵網絡，使羥基在膜內以Grotthuss機理進行快速傳遞，從而提高了膜材料的電導率。
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