基于磷钨酸功能化纳米纤维的超高质子/钒选择性的聚苯并咪唑膜在全钒液流电池中的应用

杨晓兵 赵磊 隋旭磊 孟令辉 王振波

引用本文: 杨晓兵, 赵磊, 隋旭磊, 孟令辉, 王振波. 基于磷钨酸功能化纳米纤维的超高质子/钒选择性的聚苯并咪唑膜在全钒液流电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2019, 35(12): 1372-1381. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905011 shu
Citation:  YANG Xiaobing, ZHAO Lei, SUI Xulei, MENG Linghui, WANG Zhenbo. Ultra-High Proton/Vanadium Selectivity of Polybenzimidazole Membrane by Incorporating Phosphotungstic Acid Functionalized Nanofibers for Vanadium Redox Flow Battery[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2019, 35(12): 1372-1381. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905011 shu

基于磷钨酸功能化纳米纤维的超高质子/钒选择性的聚苯并咪唑膜在全钒液流电池中的应用

    通讯作者: 孟令辉, menglinh@hit.edu.cn; 王振波, wangzhb@hit.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21273058、21673064、51802059和21503059), 中国博士后科学基金(2018M631938、2018T110307和2017M621284), 黑龙江博士后基金(LBH-Z17074), 中央高校基础研究基金(HIT. NSRIF. 2019040和HIT. NSRIF. 2019041)资助项目

摘要: 质子交换膜是全钒液流电池的关键组件,其质子/钒选择性对于单电池的性能发挥至关重要。商用的全氟磺酸(Nafion)膜具有优异的质子传导率和化学耐受性,但是过于严重的钒离子渗透率阻碍了其工业化应用。本文中,以稠密的碳氢聚合物聚苯并咪唑(PBI)为基体材料,通过磷钨酸(PWA)的掺杂赋予其适当的质子传导能力,而其本征的高阻钒性则有助于高质子/选择性的获得。考虑到PWA水溶性较强易于从水中流失的缺陷,选用了有机的聚合物纳米凯夫拉纤维(NKFs)作为PWA的锚定剂,实现了良好的锚定效果,同时也解决了无机锚定剂与聚合物基体相容性差的问题。利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱表征了PWA功能化NKFs的形成,紫外-可见光(UV-Vis)光谱评估了NKFs对PWA的锚定稳定性,并对复合膜进行了吸水率(WU)、溶胀比(SR)、离子交换容量(IEC)、质子传导率、钒离子渗透率及选择性等测试表征了其基本性能。同时,在40-100 mA∙cm-2下对以复合膜及重铸全氟磺酸(recast Nafion)膜组装的单电池进行了充放电、自放电及循环性能测试。结果表明,制备的复合膜体现出远超recast Nafion膜的质子/钒选择性,且以复合膜组装的单电池表现出更高的库仑效率和显著下降的自放电速率。

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  • 发布日期:  2019-12-15
  • 收稿日期:  2019-05-02
  • 接受日期:  2019-06-05
  • 修回日期:  2019-06-02
  • 网络出版日期:  2019-12-13
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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