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纳米多孔质子传导膜中钒离子和水分子迁移行为研究 被引量：6
1
作者 宋士强 陈晓 +2 位作者 郭伟男 范永生 王保国 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期9-14,共6页
研究全钒液流电池充电/放电过程,电解液中不同价态水合钒离子、氢离子、水分子在纳米孔径的质子传导膜中的渗透迁移行为,为膜材料性能改进以及电解液系统管理提供依据.通过测定全钒液流电池开路状态下的自放电、恒电流模式下的充电/放... 研究全钒液流电池充电/放电过程,电解液中不同价态水合钒离子、氢离子、水分子在纳米孔径的质子传导膜中的渗透迁移行为,为膜材料性能改进以及电解液系统管理提供依据.通过测定全钒液流电池开路状态下的自放电、恒电流模式下的充电/放电循环过程,分析钒离子渗透和水迁移影响因素,揭示电池运行过程纳米多孔质子传导膜中钒离子渗透及水迁移规律.结果表明:自放电过程主要发生钒离子浓度差作为推动力的传质扩散,水分子的跨膜净迁移量可忽略;在恒流模式下的充电/放电循环过程中,隔膜两侧阴极、阳极电解液中水合离子迁移、浓差扩散、渗透压效应均发生作用,导致阳极侧电解液向阴极侧发生净的水迁移,需要通过电解液管理保持电池系统正常运行. 展开更多
关键词 全钒液流电池 纳米多孔质子传导膜 钒离子渗透 水迁移
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全钒液流电池用PVDF基离子交换膜 被引量：4
2
作者 龙飞 范永生 王保国 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期68-70,共3页
制备了3种聚偏氟乙烯(PVDF)基离子交换膜,比较了面电阻、离子交换容量(IEC)、含水率和钒离子渗透速率。PVDF与丙烯磺酸钠(SAS)共混制备的PVDF-SAS膜的面电阻最小,为1.2Ω.cm2,IEC达到1.16 mmol/g。FT-IR分析表明:这种膜在制备过程中,SAS... 制备了3种聚偏氟乙烯(PVDF)基离子交换膜,比较了面电阻、离子交换容量(IEC)、含水率和钒离子渗透速率。PVDF与丙烯磺酸钠(SAS)共混制备的PVDF-SAS膜的面电阻最小,为1.2Ω.cm2,IEC达到1.16 mmol/g。FT-IR分析表明:这种膜在制备过程中,SAS的C C键在长时间高温后发生了聚合反应,与PVDF形成了互穿网络结构。自放电实验表明:所制备的膜在开路状态下,钒离子渗透速率小于8.8×10-3V/h。 展开更多
关键词 全钒液流电池(VRB) 离子交换膜 聚偏氟乙烯(PVDF) 面电阻 钒离子渗透
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全氟磺酸树脂和三乙烯基二胺盐的两性离子共混膜的制备及性能研究
3
作者 王晓莉 郭晋婷 +1 位作者 苟瑞婷 何振峰 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期150-155,161,共7页
离子交换膜作为全钒液流电池(VRB)的核心组成,起到传输离子和阻隔钒离子渗透的作用。将全氟磺酸树脂(PFSA)和三乙烯基二胺(DABCO)盐离子化合物共混,对全氟磺酸树脂进行改性制备了两性离子共混膜。以DABCO-PFSA共混膜为研究基础,采用阴... 离子交换膜作为全钒液流电池(VRB)的核心组成,起到传输离子和阻隔钒离子渗透的作用。将全氟磺酸树脂(PFSA)和三乙烯基二胺(DABCO)盐离子化合物共混,对全氟磺酸树脂进行改性制备了两性离子共混膜。以DABCO-PFSA共混膜为研究基础,采用阴阳离子非共价相互作用的超分子交联方法制备的共混膜可以有效提高膜的综合性能。通过优化共混膜的二组分结构差异合成了聚阳离子PDABCO,并与PFSA共混,聚合物链间超分子交联赋予膜良好的机械性能和稳定性,降低了钒离子渗透,其中PDABCO-PFSA-7.5%膜的钒离子渗透率达到0.25×10^(-6)cm^(2)/min。在VRB测试中,当电流密度为160 mA/cm^(2)时,PDABCO-PFSA-7.5%膜的库伦效率(CE)达到88.43%。 展开更多
关键词 两性离子共混膜 VRB 钒离子渗透 超分子交联网络
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全钒液流电池用质子传导膜研究进展 被引量：7
4
作者 青格乐图 郭伟男 +1 位作者 范永生 王保国 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期427-435,共9页
全钒液流电池(VRB)作为一种大规模蓄电储能装备,在可再生能源发电和节能技术领域将发挥重要作用。质子传导膜是VRB中的关键材料之一,其作用主要有两方面:传导质子连通电堆内电路;阻止正负极电解液间不同价态钒离子的相互渗透,避免能量... 全钒液流电池(VRB)作为一种大规模蓄电储能装备,在可再生能源发电和节能技术领域将发挥重要作用。质子传导膜是VRB中的关键材料之一,其作用主要有两方面:传导质子连通电堆内电路;阻止正负极电解液间不同价态钒离子的相互渗透,避免能量损失。质子传导膜性能对电池效率和成本有重要影响。在分析VRB基本原理基础上,阐明质子传导膜需同时满足优良的导电性、阻钒性、稳定性和合理成本等要求。以高分子膜的化学组成与物理结构的演化过程为线索,分别论述三类膜材料,包括Nafion系列膜、非全氟型质子传导膜、纳米尺度孔径的多孔膜。在归纳现有膜材料化学结构、物理性质与电学性能的基础上,阐述高性能质子传导膜的重点研究方向与发展前景。 展开更多
关键词 液流电池 质子传导 离子交换 膜 钒离子渗透
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表面修饰模式对Nafion离子选择性影响及在VRFB中的应用（英文） 被引量：1
5
作者 谭青龙 王海宁 +3 位作者 卢善富 梁大为 武春晓 相艳 《电化学》 CSCD 北大核心 2017年第4期409-419,共11页
本文采用壳聚糖-磷钨酸层对Nafion膜表面分别进行单面和双面修饰改性,研究了修饰模式对Nafion膜钒离子渗透率、电导率及离子选择性的影响.结果表明,单面、双面修饰改性均会使Nafion膜的钒离子渗透率显著降低,最高降幅分别达到89.9%(单... 本文采用壳聚糖-磷钨酸层对Nafion膜表面分别进行单面和双面修饰改性,研究了修饰模式对Nafion膜钒离子渗透率、电导率及离子选择性的影响.结果表明,单面、双面修饰改性均会使Nafion膜的钒离子渗透率显著降低,最高降幅分别达到89.9%(单面修饰)和92.7%(双面修饰);单面、双面修饰改性均会使Nafion膜的电导率下降,但存在明显差异,在相同修饰厚度条件下,双面修饰改性对Nafion膜电导率的影响比单面修饰改性更小.因此,双面修饰复合膜展示出了比单面修饰复合膜更高的离子选择性,并且在修饰层厚度为17μm时达到最大值(1.12×105S·min·cm^(-3)).基于优化的双面修饰Nafion膜的全钒液流电池,在充放电流密度30 mA·cm-2时,库仑效率和能量效率分别达到93.5%和80.7%,并在测试时间内展示出良好的循环稳定性. 展开更多
关键词 表面修饰模式 钒离子渗透率 离子选择性 全钒液流电池
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磺化双酚芴型聚醚醚酮质子交换膜的制备及其在钒流电池中的应用 被引量：2
6
作者 宋勋 贾玉婷 +3 位作者 张睫灵 宁金凤 左海燕 黄雪红 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期912-922,共11页
以双酚芴为结构单元合成双酚型聚醚醚酮聚合物,聚醚醚酮经浓硫酸磺化在双酚芴结构单元中引入磺化基团制备出聚醚醚酮质子交换膜(SF-PEEK)。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(~1H NMR)、热重分析(TG)、原子力显微镜(AFM)和扫描... 以双酚芴为结构单元合成双酚型聚醚醚酮聚合物,聚醚醚酮经浓硫酸磺化在双酚芴结构单元中引入磺化基团制备出聚醚醚酮质子交换膜(SF-PEEK)。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(~1H NMR)、热重分析(TG)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对聚醚醚酮质子交换膜的结构进行表征。结果表明,磺酸基团被成功地在聚醚醚酮侧基上,SF-PEEK膜具有明显的亲水疏水微相分离形貌,磺酸基团相互聚集成形成离子通道。SF-PEEK膜离子交换容量(IEC)达到1.97 mmol/g时,其电导率达到4.15×10^-2 S/cm,略低于Nafion117膜的5.67×10^-2 S/cm,但其钒离子渗透率仅为Nafion117膜的20.1%,表现出极好的离子选择性。在钒流电池测试中,SF-PEEK膜在不同电流密度下库伦效率均高于Nafion117膜,其中IEC为1.97 mmol/g的SF80-PEEK608(80为SF的物质的量分数,608为60℃反应8 h)库伦效率在电流密度为40 mA/cm^2时达到最大值80.9%,高于Nafion117膜的78.8%。在自放电测试中,以SF80-PEEK608膜组装的电池的自放电时间为90 h,高于Nafion117膜的57 h。 展开更多
关键词 聚醚醚酮质子交换膜 钒流电池 钒离子渗透率 电导率
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磺化条件对SPEEK膜性能的影响 被引量：2
7
作者 鲁惠 姜春萍 +5 位作者 杨鑫 顾佳林 胥诚成 陈金伟 刘效疆 王瑞林 《化学研究与应用》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期689-695,共7页
本文采用浓硫酸作为磺化剂,以聚醚醚酮(PEEK)为原料研究了在25℃、35℃、40℃、45℃、50℃和55℃以及2至24h磺化时间下所获得的SPEEK膜的物理化学性质,探讨了磺化温度、磺化时间对SPEEK膜的各项性能的影响。SPEEK膜的磺化度、离子交换... 本文采用浓硫酸作为磺化剂,以聚醚醚酮(PEEK)为原料研究了在25℃、35℃、40℃、45℃、50℃和55℃以及2至24h磺化时间下所获得的SPEEK膜的物理化学性质,探讨了磺化温度、磺化时间对SPEEK膜的各项性能的影响。SPEEK膜的磺化度、离子交换容、含水率、导电率和钒离子渗透率等均随磺化温度和磺化时间的增加而呈现相同的增加趋势,而温度对膜性能的影响尤为明显。磺化温度在40℃~45℃,磺化时间在4h^6h所获得的膜综合性能最好:质子导电率达0.11S/cm,钒离子渗透率为3.2×10-7cm2/min,仅为Nafion膜(2.9×10-6cm2/min)的十分之一,选择性为2.13,是Nafion膜(0.35)的6倍。此外,膜的含水率和机械性能也适中。与常温相比,升高磺化温度,缩短了磺化反应时间,降低生产成本,提高生产效率,且所获得膜的综合性也能满足钒液流电池的应用。 展开更多
关键词 SPEEK的导电率 磺化温度 磺化时间 钒离子渗透率 选择性
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自交联型磺化聚醚醚酮质子交换膜的合成 被引量：5
8
作者 陈宇涵 黄雪红 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期410-418,共9页
以含3,3'-二烯丙基双酚A结构单元的聚醚醚酮为基膜材料,通过自由基加成反应在取代基上引入磺酸基团,合成侧链型磺化聚醚醚酮(SPEEK)质子交换膜.用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、核磁共振氢谱(1H NMR)、热重分析(TG)和扫描电子显微镜(S... 以含3,3'-二烯丙基双酚A结构单元的聚醚醚酮为基膜材料,通过自由基加成反应在取代基上引入磺酸基团,合成侧链型磺化聚醚醚酮(SPEEK)质子交换膜.用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、核磁共振氢谱(1H NMR)、热重分析(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对SPEEK的结构进行表征.实验结果表明,巯基丙磺酸被接枝在聚醚醚酮侧基上,SPEEK膜具有明显的亲水疏水微相分离形貌,磺酸基团相互聚集形成离子通道. SPEEK膜离子交换容量为2. 12 mmol/g,钒离子渗透率为1. 54×10-6cm^2/min,低于Nafion117膜的钒离子渗透率,阻钒能力优于Nafion117膜.以SPEEK-4膜组装电池的自放电时间约为130 h,长于Nafion117膜的66 h.电池充放电循环50次,SPEEK-4膜的库仑效率、电压效率和能量效率没有明显降低,显示出良好的稳定性. 展开更多
关键词 磺化聚醚醚酮质子交换膜 全钒氧化还原电池 钒离子渗透率 交联
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