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。
1、全氟磺酸离子交换膜:全氟磺酸离子交换膜是指采用全氟磺酸树脂制成的离子交换膜。一般来讲在高分子材料中,碳-氟键的键能远远高于碳-氢键的键能(C-F:485 kJ/mol C-H:86 kJ/mol),树脂材料的氟化程度越高,其耐受化学氧化和电化学氧化的能力越强。全氟高分子材料(树脂)是指材料中的C-H键全部被C-F键取代,所以表现出优异的化学特别是电化学稳定性。
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。
4、多孔离子传导膜
为了解决全氟磺酸离子交换膜价格昂贵和非氟离子交换膜稳定性差的问题,推进全钒液流电池储能技术的产业化应用,张华民研究团队在多年质子交换膜料电池和全钒液流电池离子交换膜材料研究开发经验积累的基础上发现,在非有机高分子材料中引人离子交换基团,是导致非氟离子交换膜材料降解的根本原因。按照传统的离子交换机理,离子交换膜材料必须含离子交换基团,否则不能实现离子交换传导。但离子交换基团的导入会造成非氟离子交换膜容易降解,稳定性降低。
钒电池的商用隔膜主要为全氟磺酸膜,商业领域广泛采用的是以美国杜邦公司生产的Nafion膜为代表的全氟磺酸膜。目前,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,国家能源局、国网能源研究院也表示全国产化液流电池隔膜实现突破。
以下是部分整理的国内液流电池隔膜制造主要厂商如下:
目前液流电池隔膜的研究方向和重点主要集中在以下几个方方面:
1. 材料创新
开发非氟化或低氟聚合物隔膜,降低成本;引入纳米材料(如石墨烯、碳纳米管)提升离子选择性和机械强度。
2. 结构优化
设计梯度孔结构或不对称膜,平衡选择性与传导率;3D打印技术实现定制化孔隙分布。
3. 多功能化
增强耐氧化性(如应对V⁵⁺腐蚀)和宽温域适应性;开发自修复膜材料以提高寿命。
4. 体系适配
针对不同的液流电池,开发专用隔膜;优化膜材料与电解液的兼容性(如高浓度、非水体系等)。
隔膜的性能直接影响液流电池的效率、寿命和成本。当前主流仍以全氟磺酸膜为主,但高成本推动了对非氟化材料和多孔膜的探索。未来趋势将聚焦于高性价比、高稳定性和环境友好型隔膜的研发,结合材料科学与工程技术创新,推动液流电池在大规模储能中的广泛应用。
来源:液流电池储能, 百库全书, 网络整理
江苏省复合材料学会
承办单位江苏大秦国际展览有限公司
电话:13052361373
邮箱:13052361373@163.com
地址:江苏省苏州市工业园区苏州大道东688号
扫码关注获取
更多展会资讯