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全钒氧化还原液流电池(VRB)简称钒电池,因其具有可独立设计电池功率和电池容量、可深度放电、使用寿命长、低污染排放、电化学反应迅速等优点,受到广泛的关注,被认为是最具发展前景的大规模储能技术之一。目前,全氟磺酸型膜,如Nafion膜,已经被广泛应用于钒电池中,虽然它具有非常好的化学稳定性,但其价格昂贵、钒离子选择性差,因此有必要开发可替代膜,提高离子选择性能,并进一步提高其电池性能。本课题组将杂萘联苯聚芳醚类材料先通过氯甲基化改性,再经过胺化反应制备的阴离子交换膜,在钒电池中表现出了良好的离子选择性能和电池性能,有望在钒电池中应用,但是在氯甲基化改性过程中会使用到有致癌毒性的氯甲基甲醚,环境不友好。本论文为了避免在制备阴离子交换膜过程中使用氯甲基甲醚,从分子结构设计出发,采用含二甲基杂萘酮类双酚单体,通过高温缩聚反应制备了一系列甲基含量不同的含二甲基杂环聚醚砜(DMPPES),其特性粘度在0.91～1.21dL／g之间,以N-溴代丁二酰亚胺作为溴化剂,对DMPPES进行溴化改性。考察了溴化条件对溴甲基转化率的影响,制备了一系列溴甲基含量不同的含溴甲基杂环聚醚砜(BPPES)。对溴化产物进行了核磁共振谱和红外光谱分析,结果表明溴化改性后甲基成功转化成溴甲基。在氯仿、四氯乙烷、N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺等溶剂中具有良好的溶解性。其拉伸强度在55MPa以上,起始热降解温度在260℃左右,说明其具有良好的机械性能和热稳定性能。采用溶液浇铸法制备BPPES基膜,将BPPES基膜浸泡在三甲胺溶液中进行胺化反应,制备了离子交换容量(IEC)在1.00～1.58mmol/g的季铵化杂环聚醚砜阴离子交换膜(QBPPES)。 QBPPES膜的拉伸强度均在50MPa以上,初始热降解温度为180℃左右。QBPPES膜的含水率介于10.6%～19.8%之间,溶胀率在2.0%～3.4%之间,均随着IEC值增加而增加。QBPPES膜的面电阻随着IEC值增加而减小,即从2.18Q·c辞降到0.51Ω·cm2QBPPES膜的V4+渗透系数在9.91×10-7～0.79×10-7cm/min之间,明显低于Nafion117膜的V4+渗透系数(Ks=1.19×10-4cm/min), QBPPES膜表现出了较好的阻钒性能。考察了不同IEC值的QBPPES膜应用于钒电池的单电池性能,装有QBPPES膜的钒电池的电流效率均在97.5%以上,比装有Nafion117膜的钒电池的电流效率(95.7%)高。当IEC在1.42mmol／g以上时,装有QBPPES膜的钒电池的单电池性能与Nafion117膜的电池性能相当。比较了分别装有Nafion115膜和QBPPES-90膜(IEC=1.58mmol/g)的钒电池的自放电现象,装有QBPPES膜的钒电池保持开路电压在1.0V以上的时间为188h,大约是装有Nafion115膜(44h)的4.3倍。考察了QBPPES膜在1.5mol／L的VO2+溶液中浸泡60天后的性能。QBPPES膜的拉伸强度仍在45MPa以上；QBPPES膜的表面也没有出现明显的变化;QBPPES膜的电压效率和能量效率仅降低了2%～4%,说明QBPPES膜具有良好的稳定性。通过连续充放电运行考察了装有QBPPES膜的钒电池的稳定性能,其电流效率(CE)、电压效率(VE)和能量效率(EE)在100次充放电循环过程中没有明显变化,进一步说明了QBPPES膜在钒电池中具有良好的稳定性。用BPPES-60(DS=0.59)为原料制备基膜,经过胺化反应制备阴离子交换膜。初步考察了溶剂蒸发时间和加热温度对膜结构和性能的影响,延长溶剂蒸发时间或升高加热温度,制备出的膜比较致密,QBPPES膜的面电阻较大,导致较低的电压效率。通过调节加热温度和溶剂蒸发时间可以调控膜的结构,进而提高膜的性能。