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新材料加持 規(guī)模儲能首選技術(shù)成本更低

科技日報發(fā)布時間:2022-04-24 12:00:11  作者:郝曉明

  記者近日從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉,該所儲能技術(shù)研究部李先鋒研究員團(tuán)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(yīng)用方面取得新進(jìn)展,通過連續(xù)卷對卷式制膜工藝,實現(xiàn)了非氟陽離子傳導(dǎo)膜的大面積制備,以及其在堿性體系液流電池儲能技術(shù)中的應(yīng)用。

  儲能是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵,液流電池儲能技術(shù)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(shù)。因此,降低成本特別是降低液流電池關(guān)鍵材料——離子傳導(dǎo)膜材料的成本,對于推動液流電池的實用化進(jìn)程尤為重要。

  目前,堿性體系液流電池用離子傳導(dǎo)膜的研究十分有限,全氟磺酸離子交換膜由于其優(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,全氟磺酸離子交換膜存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物對環(huán)境與人類健康危害較大、價格昂貴,以及在堿性體系下因離子傳導(dǎo)率低導(dǎo)致電池效率低等問題。

  “開發(fā)低成本、結(jié)構(gòu)可控、制備工藝簡單的非氟類陰離子交換膜有望解決這些問題,但在堿性體系下,傳統(tǒng)非氟類陰離子交換膜——季胺型陰離子傳導(dǎo)膜上的季胺基團(tuán)會發(fā)生霍夫曼消除和親核取代反應(yīng),使得該類膜穩(wěn)定性較差。”研發(fā)人員介紹。

  基于對堿性體系離子傳導(dǎo)膜結(jié)構(gòu)設(shè)計,以及對離子傳輸機(jī)理的深刻認(rèn)識,研究團(tuán)隊通過親電取代反應(yīng),合成制備出公斤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,并實現(xiàn)了其在堿性體系液流電池中的應(yīng)用。

  研究發(fā)現(xiàn),該膜材料的剛性骨架結(jié)構(gòu)及其電荷特性使其具有優(yōu)異的耐堿穩(wěn)定性和電導(dǎo)率。該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(yīng)用,并對降低新一代液流電池儲能技術(shù)成本、推進(jìn)液流電池儲能技術(shù)實用化進(jìn)程具有積極的促進(jìn)作用。(記者郝曉明)

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