费哲君, 王树博, 李存璞, 张雪飞, 赵玉彬, 谢晓峰, 黄海燕



一步法制备两性离子交换膜的方法与性能研究

费哲君1, 王树博1, 李存璞1, 张雪飞1, 赵玉彬1, 谢晓峰1, 黄海燕2

(1. 清华大学 核能与新能源技术研究院, 北京 100084; 2.清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室, 北京 100084)

通过一步法制备了一种新型的偏氟聚芴醚噁二唑两性离子交换膜。以十氟噁二唑与双酚芴为单体聚合得到基础聚合物，通过芳香亲核取代反应在基础聚合物上引入官能团制备了一种含氟聚芳芴醚噁二唑两性离子交换膜。基于密度泛函理论对官能化反应的活性位点和反应能垒进行了预测，模拟计算结果与核磁分析谱图吻合良好。制备的两性离子膜具有相对较高的离子传导率，较低的钒渗透性。70℃ 时，传导率为58.5 mS×cm-1；钒离子渗透系数为，比Nafion®117小两个数量级，有望用于全钒液流电池中。

芳香亲核取代；密度泛函理论；两性离子交换膜；阻钒性

1 引 言

离子交换膜是全钒氧化还原液流电池(Vanadium redox flow battery，VFB)的关键材料之一，它的性能直接影响电池的充放电性能。目前普遍使用的离子交换膜是Nafion®膜，它是一种阳离子交换膜，其化学性能和机械性能都非常优异，但存在着钒离子渗透率高等缺点；而阴离子交换膜因为Donnan效应，阻钒性能较强，但因离子传导率低而造成充放电效率降低。两性离子交换膜则是将阳离子交换膜和阴离子交换膜的特点结合起来，在两性交换膜的聚合物结构上，既有酸性官能基团来保证离子的传输，又有碱性官能基团来阻挡较大阳离子如钒离子的通过。……