近年來,針對(duì)能源、資源、環(huán)境之間日益突出的矛盾,世界各國(guó)紛紛加大推進(jìn)新能源技術(shù)開發(fā)力度。在新能源領(lǐng)域中,作為便攜式移動(dòng)電源的燃料電池、用于大規(guī)模蓄電儲(chǔ)能的液流電池及超級(jí)電容器,以及可反復(fù)充電的鋰離子電池,都要利用高性能離子交換膜分隔正負(fù)極并能形成回路。此外,在許多傳統(tǒng)領(lǐng)域諸如電解制備裝置、電滲析、化學(xué)催化、氣體分離、氣體干燥、污水處理、海水淡化、氯堿工業(yè)等,高性能離子交換膜也具有其它材料不可替代的作用。在這些領(lǐng)域中,全氟磺酸離子膜以其具有優(yōu)異的性能而得到廣泛應(yīng)用。但這種材料合成工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴且受外國(guó)壟斷企業(yè)技術(shù)封鎖,加上廢品難處理,耐熱性低以及膜強(qiáng)度低,因而不經(jīng)增強(qiáng)就無法使用。它們?cè)诼葔A工業(yè)和新能源電池中的應(yīng)用中還存在活性物質(zhì)(如OH-陰離子、甲醇或釩離子)穿透的問題。
針對(duì)上述存在的問題,中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所功能膜團(tuán)隊(duì)在薛立新研究員和陶慷副研究員的帶領(lǐng)下,結(jié)合目前耐高溫、機(jī)械性能好、高導(dǎo)電性的高性能離子交換膜的發(fā)展趨勢(shì),合成、制備了一類高性能的經(jīng)濟(jì)型離子交換膜。所開發(fā)的離子交換膜的關(guān)鍵指標(biāo)電導(dǎo)率達(dá)到0.227 s/cm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前使用最多的全氟磺酸離子膜,同時(shí)它的最大拉伸應(yīng)力達(dá)到25.3 MPa,拉伸測(cè)試中斷裂伸長(zhǎng)率也達(dá)到了45.09%,這些指標(biāo)都達(dá)到或高于商用離子交換膜的要求。
該新型離子交換膜材料價(jià)格相對(duì)便宜、合成工藝簡(jiǎn)單、少有難處理廢品產(chǎn)生,是一類經(jīng)濟(jì)型的離子交換膜。相關(guān)研究成果已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利5項(xiàng)(其中授權(quán)1項(xiàng))。目前,研究團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行離子交換膜材料進(jìn)一步的性能表征和應(yīng)用評(píng)價(jià),探討該類經(jīng)濟(jì)型離子交換膜材料在燃料電池和電滲析水處理等領(lǐng)域應(yīng)用和發(fā)展的可行性,并著手進(jìn)行中試放大試驗(yàn),旨在加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
寧波材料所制備的凝膠電解質(zhì)膜與全氟磺酸離子膜(Nafion)電導(dǎo)率隨溫度變化曲線
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