摘要
随着人们对获取可持续能源的兴趣日益浓厚，钒氧化还原液流电池(VRFB)由于其成本低、寿命长、容量大、响应时间快等独特优势，被认为是一种具有广阔前景的储能设备。质子交换膜(PEM)作为VRFB的关键组成部分，在电极间离子的转移和抑制正、负极电解质的交叉混合方面起着至关重要的作用。VRFB的理想PEM应表现出高质子传导性以提供电池的高电压效率，以及低的钒渗透率以确保高库仑效率，并最终实现低水迁移以延长循环寿命。 采用聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的共混高分子聚合物作为膜材料制备PEM。并引入1-(3-氨基丙基)咪唑(APIm)作为功能官能团，直接与PVC进行亲核取代反应，构建质子传导网络。最后，以多孔聚四氟乙烯?(PTFE?)增强膜作为骨架，进一步增强复合膜的机械强度和对钒离子的抗渗性。 首先制备一系列不同比例的PVC-PVP混合膜，其中PVP起到传导质子的作用，而PVC起到骨架支撑作用，探究了PVC和PVP的比例变化对膜的性能的影响。其中PVC含量增加，膜的机械性能增强;PVP含量增加，膜的电导率变高。 为了进一步提高电池效率，将APIm添加到PVC-PVP溶液中以制备高酸掺杂水平的膜。首先固定PVC和PVP的质量比，然后改变PVC和APIm的摩尔比，制备出一系列不同比例的复合膜。实验发现，随着APIm含量的增加，PVC-PVP复合膜的吸水率和酸掺杂水平显著增加，膜的微相分离形态得到优化，并有效的降低了复合膜的面电阻。充放电测试结果表明，用PP-33％APIm膜的VRFB单体电池与Nafion117膜相比表现出更低的充电电压平台和更高的放电电压平台，然而，APIm中的咪唑基团可能会导致膜的高渗透性和机械性能下降，从而降低膜的循环稳定性。 为了提高所制备膜样品的机械性能和长期循环稳定性，使用PTFE?增强的方法，将聚合物的混合溶液填充到PTFE?膜中，制备出具有三明治结构的PTFE增强膜。疏水性聚四氟乙烯基体的存在提高了膜的质子选择性、氧化稳定性和机械性能。实验发现，硫酸(SA)掺杂的PTFE/PP-50％APIm复合膜在室温下质子电导率为85mScm-1，拉伸强度可达45MPa,而原始的PVP-PVC膜电导率仅为15mScm-1,拉伸强度为16MPa。在电流密度为20至120mAcm-2时，PTFE/PP-33％APIm膜组装的VRFB的平均EE为84.8％，高于Nafion117(76.7％)组装的电池的能量效率，获得了较好的电池性能。除此之外，PTFE/PP-33％APIm复合膜可稳定循环不低于50圈，并且其运行50圈容量保持率为56.9％。
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