液流電池中離子交換膜的技術(shù)要求及發(fā)展方向
分類：前沿資訊
- 作者：中和儲能
- 發(fā)布時間：2024-12-19
【概要描述】離子交換膜的國產(chǎn)化主要集中在主流需求的全氟磺酸離子交換膜的生產(chǎn)以及技術(shù)攻關(guān)上，近幾年，多孔離子傳導膜、非氟化膜的研發(fā)也在不斷增多
離子交換膜是液流電池中的重要結(jié)構(gòu)部件，其可以分隔正負極電解液，并通過選擇性透過離子，從而實現(xiàn)電池結(jié)構(gòu)中完整回路的構(gòu)建，同時阻礙了電解液間不同價態(tài)釩離子因交叉污染引起的自放電現(xiàn)象。
以全釩液流電池為例，理想的全釩液流電池隔膜需要具備以下特征：（1）低釩離子滲透率，減少由釩離子的跨膜運輸導致的污染；（2）優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，高機械強度，使得薄膜在酸性條件下的壽命長，從而增長電池壽命；（3）高離子電導率與良好的離子選擇性，使得電池效率高；（4）低水通量，在充放電過程中，使得陰、陽兩極電解液保持平衡；（5）加工生產(chǎn)成本低，有利于隔膜的廣泛應(yīng)用。
根據(jù)附著于膜上離子官能團的帶電情況，離子交換膜可以分為陽離子交換膜、陰離子交換膜以及兩性離子交換膜：
兩性離子交換膜擁有兩種類型的官能團，帶正電的官能團能阻擋釩離子傳輸，從而抑制釩離子的交叉污染，而帶負電的官能團可以保證較高的離子傳導率，增強膜的導電性。然而，離子傳輸能力與離子選擇性具有矛盾性，很難兼顧，導致兩性離子交換膜兩種官能團的配比多樣，膜制造工藝復雜，成本較高。
全釩液流電池用離子交換膜主要可分為含氟離子交換膜和非氟離子交換膜。在含氟離子交換膜中，按照膜材料樹脂氟化程度的不同，可以大體分為全氟磺酸離子交換膜、部分氟化離子交換膜和非氟離子交換膜三類。
2、部分氟化離子交換膜：部分氟化的離子交換膜具有較低的成本，同時具有良好的化學穩(wěn)定性能，從而可以應(yīng)用在全釩液流電池中。
3、非氟離子交換膜：相較于全氟材料，非氟離子交換膜源頭采用非氟樹脂材料，摒棄了傳統(tǒng)含氟材料所存在的弊端從根本上降低成本。非氟離子交換膜具有離子選擇性高、機械穩(wěn)定性好及成本低廉等特點，較早應(yīng)用于燃料電池體系中。
由于氟化膜價格較高，近幾年，多孔離子傳導膜、非氟化膜的研發(fā)也在不斷增多。中和儲能“非氟離子交換膜”源頭采用非氟樹脂材料，摒棄了傳統(tǒng)含氟材料所存在的弊端，在性能測試方面，通過多層次結(jié)構(gòu)設(shè)計，成功解決了過去非氟離子交換膜材料化學穩(wěn)定性、離子傳導率和離子選擇性的不足，電池性能達到Nafion膜水平的同時，成本降低80%以上，是當前含氟離子交換膜的理想替代，為液流電池、高溫燃料電池、金屬離子分離等領(lǐng)域提供了低成本、可持續(xù)的解決方案。公司現(xiàn)已交付客戶60厘米寬幅產(chǎn)品，根據(jù)客戶的反饋，該產(chǎn)品穩(wěn)定性優(yōu)于市面上其他全氟膜，成功幫助客戶降低終端產(chǎn)品成本，提升競爭力。