一种钒电池用高质子传输交换膜及其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115939477A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202310232765.7(22)申请日2023.03.13(71)申请人杭州德海艾科能源科技有限公司地址311108浙江省杭州市临平区崇贤街道塘康路35号1幢102室(72)发明人陈广新王宇熊仁海鲁昆昆(74)专利代理机构杭州大道知识产权代理有限公司33525专利代理师奚丽萍(51)Int.Cl.H01M8/18(2006.01)C08J5/22(2006.01)C08L27/18(2006.01)C08L33/20(2006.01)H01M8/2455(2016.01)权利要求书2页说明书8页附图1页(54)发明名称一种钒电池用高质子传输交换膜及其制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种钒电池用高质子传输交换膜及其制备方法与应用，包括接枝改性膜和聚合物涂层，所述聚合物涂层涂覆于所述接枝改性膜的至少一侧；所述接枝改性膜通过丙烯酸接枝改性全氟磺酸树脂膜得到；所述聚合物涂层由羧基单体、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、氨基单体、氰基单体和引发剂制备得到。本发明通过接枝改性膜表面处理可增大与到聚合物涂层之间的氢键作用，进而提高粘结力，其次通过聚合物涂层冷冻干燥形成了蜂巢状结构，避免堵孔的同时形成了高密度传输通道，聚合物中羧基、氨基、磺酸基可形成高密度质子传输通道，使膜具有较高的质子传输能力，可有效提升电堆的电压效率。CN115939477ACN115939477A权利要求书1/2页1.一种钒电池用高质子传输交换膜，其特征在于，包括接枝改性膜和聚合物涂层，所述聚合物涂层涂覆于所述接枝改性膜的至少一侧；所述接枝改性膜通过丙烯酸接枝改性全氟磺酸树脂膜得到；所述聚合物涂层由羧基单体、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸、氨基单体、氰基单体和引发剂制备得到；所述羧基单体选自甲基丙烯酸、富马酸、马来酸、丙烯酸中的至少一种；所述氨基单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、十二烷基丙烯酰胺、N‑异丙基丙烯酰胺、4‑(丙烯酰胺)苯甲酸中的至少一种；所述氰基单体选自丙烯腈、甲基丙烯腈中的至少一种；所述引发剂选自过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过硫酸钾/亚硫酸氢钠、过氧化氢/酒石酸、过硫酸铵/硫酸亚铁、过氧化氢/硫酸亚铁、过氧化苯甲酰/N，N‑二乙基苯胺中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种钒电池用高质子传输交换膜，其特征在于，按重量份计，所述聚合物涂层的原料组成包括：羧基单体20‑50份；2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸1‑3份；氨基单体10‑25份；氰基单体70‑100份；引发剂0.5‑1.1份。3.权利要求1‑2任一项所述的一种钒电池用高质子传输交换膜的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：步骤S1：按重量份计，将400‑800份去离子水、20‑50份羧基单体、1‑3份2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸混合搅拌，并加入碱性物质调整pH值至碱性，再加入10‑25份氨基单体混合搅拌，复测pH值；步骤S2：加入70‑100份氰基单体，持续升温并加入0.5‑1.1份引发剂，最后抽真空抽除残单，得到聚合物涂层；步骤S3：将丙烯酸水溶液室温下采用γ射线或电子束辐照，将全氟磺酸树脂膜放入溶液中，升温浸泡，得到接枝改性膜；步骤S4：将聚合物涂层涂布于接枝改性膜的至少一侧，冷冻干燥，得到高质子传输交换膜。4.根据权利要求3所述的一种钒电池用高质子传输交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述碱性物质选自氢氧化锂、碳酸锂、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。5.根据权利要求3所述的一种钒电池用高质子传输交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：步骤S21：通入氮气，加热升温至60‑70℃；加入70‑100份氰基单体和0.1‑0.3份引发剂；步骤S22：升温至70‑75℃反应2.5‑3.5h后，加入0.1‑0.3份引发剂；步骤S23：升温至80‑85℃反应1‑2h后，加入0.3‑0.5份引发剂；步骤S24：升温至80‑85℃反应1‑2h后，抽真空2‑4h抽除残单，得到聚合物涂层。6.根据权利要求3所述的一种钒电池用高质子传输交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述聚合物涂层的数均分子量为600000‑1000000，聚合物涂层的粘度为1000‑2CN115939477A权利要求书2/2页5000mPa.s。7.根据权利要求3所述的一种钒电池用高质子传输交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中反应的条件为：γ射线或电子束辐照的时间为2‑4h；升温50‑60℃浸泡8‑12h。8.根据权利要求3所述的一种钒电池用高质子传输交换膜的制备方法，其特征在于，步骤S4中涂布的厚度为20‑100um，冷冻干燥的时间为6‑12h。9.根据权利要求3所述的一种