【摘 要】
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为应对环境恶化和化石燃料能源消耗问题,升级能源结构是迫在眉睫的。可持续的可再生能源具有间歇性,需要大型能源存储技术来减缓发电厂的波动输出。中性水系有机液流电池（NAORFB）由于其对能量/功率的独立控制和更高的安全性,低成本,可调控的氧化/还原电位和溶解度,以及使用由地球丰富元素组成的有机活性材料的可持续性,并以中性盐溶液作为电解质,受到了广泛关注。隔膜是NAORFB中重要的组件之一,影响电池性能
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为应对环境恶化和化石燃料能源消耗问题,升级能源结构是迫在眉睫的。可持续的可再生能源具有间歇性,需要大型能源存储技术来减缓发电厂的波动输出。中性水系有机液流电池（NAORFB）由于其对能量/功率的独立控制和更高的安全性,低成本,可调控的氧化/还原电位和溶解度,以及使用由地球丰富元素组成的有机活性材料的可持续性,并以中性盐溶液作为电解质,受到了广泛关注。隔膜是NAORFB中重要的组件之一,影响电池性能和该系统的经济可行性。制备一种高选择性的离子传导率、低活性物质渗透率和良好的化学稳定性的阴离子交换膜（AEM）成为了研究热点。为获得高Cl-传导率,以构建亲/疏水微相分离通道为出发点,制备了一系列柔性的带有季铵基团的含氟聚芳醚膜（QFAFPAE-x）。利用聚合物上存在的亲水性季铵基团和疏水性含氟嵌段,结构单元中的多个醚键的存在使得主链具有柔性,大的亲水性区域与疏水性含氟嵌段形成了优异的微相分离。使得膜具有较高的Cl-传导率。例如,QFAFPAE-100膜的Cl-传导率为26.9 m S cm-1,远高于AMVN(5.97 m S cm-1)。较高的溶胀率使得膜内部亲水通道较大,导致活性物质的渗透率较高。QFAFPAE-100膜对MV2+活性物质的选择性为2.33×1010 m S s cm-3,对4-OH-TEMPO活性物质的选择性为1.85×10~9 m S s cm-3。最终,QFAFPAE-80具有折中的库伦效率（CE）和电压效率（VE）,获得了最高的EE。为降低主链结构单元中的醚键数量,降低膜的溶胀,制备了一系列季铵功能化含氟嵌段聚芳醚AEM。在氟化嵌段纳米相的限制的共同作用下,得到了低溶胀率的膜,QAFPAE-100膜表现出优异的Cl-传导率(16.8 m S cm-1)和高选择性(MV2+:5.77×1010m S s cm-3,4-OH-TEMPO:3.11×10~9 m S s cm-3)。因此,QAFPAE-x膜显示出优异的电池性能。在20-160 m A cm-2下,QAFPAE-100的能量效率（EE）为91.7%-60.6%,优于AMVN的88.3%-34.8%,可以进行1000次以上的稳定循环。为保证较低活性物质的渗透率的前提下,改善膜的微相分离形态,获得兼具选择性和Cl-传导率的膜材料。首次合成了MPBP单体,通过聚合反应将疏水性的氟化聚芳醚骨架和亲水性的哌嗪基团结合起来,含氟的疏水段为提高尺寸和化学稳定性提供了结构支持,大空间体积的哌嗪基团通过纳米相分离的形态形成了高速离子传输通道。改善了膜对Cl-选择透过性,保留电池高CE的同时,提高了VE,NAORFB的性能得以全面提升。QPFPAE-100膜表现出55.9 m S cm-1的Cl-传导率和高选择性(MV2+:6.48×1010 m S s cm-3,4-OH-TEMPO:6.05×10~9 m S s cm-3)。使用QPFPAE-100膜的NAORFB的EE为92.3%-71.4%,优于AMVN,可稳定运行1000次循环,这比近年来报道的用不同膜测试的NAORFB的循环性能更好。
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