全钒液流电池是一种设计灵活、高效、廉价、环保的储能系统。离子交换膜是液流电池的核心功能材料,但目前商品化的离子交换膜还不能完全满足液流电池的要求。采用辐射接枝技术合成的两性离子交换膜中的阳离子交换基团可以起到质子传导的作用,阴离子交换基团可以有效地阻碍钒离子的相互渗透,在全钒液流电池领域有很好的应用前景。本论文拟采用辐射接枝的方法,综合考虑液流电池对离子交换膜的性能要求,在PVDF粉体以及Nafion膜上,接枝不同的功能性单体以合成性能更加优异,更容易实现大规模化生产的两性离子交换膜。系统地研究不同制备工艺对离子交换膜的结构以及离子交换容量、电导率、钒离子渗透率等基本性能的影响,并考察了两性离子交换膜在钒液流电池上的表现。　　在第一章中,简要介绍了液流电池的设计原理及其对离子交换膜性能的要求,并对全钒液流电池用离子交换膜的研究工作作了总结。在此基础上,我们介绍了辐射接枝技术的特点及其在离子交换膜制备中的应用,并由此分析了以辐射接枝技术为主的新工艺制备适用于全钒液流电池的两性离子交换膜的可行性和研究目标。　　在第二章中,以聚偏氟乙烯(PVDF)树脂为基材,采用共辐射接枝方法,在PVDF树脂上接枝苯乙烯(St)/甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)二元单体,随后对接枝产物进行磺化和质子化反应引入磺酸基和叔氨基得到了一种新型的PVDF基两性离子交换树脂。红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)、热重和扫描电镜(SEM)分析证明了辐射引发接枝共聚及功能化反应的成功进行。接枝反应条件如溶剂、吸收剂量和二元单体浓度对接枝率(GY)有明显的影响。随着接枝率的增加,功能树脂的离子交换容量随之增大,但接枝链中St与DMAEMA的摩尔含量比不变,其阳离子及阴离子交换容量最大分别可达2.16mmol/g,1.06mmol/g。该功能性树脂可望将其铸成膜后用作钒液流电池离子交换膜。　　在第二章的工作基础上,第三章中采用溶液相转化法将PVDF接枝粉体转化成膜材料,磺化和质子化反应后得到一种新型的两性离子交换膜。对比分析了PVDF粉体与PVDF膜接枝二元单体的接枝规律。系统地研究了两种制备工艺对PVDF基两性离子交换膜的结构以及离子交换容量、保水率、电导率、钒离子渗透率等基本性能的影响。结果表明,采用粉体接枝制备的PVDF基两性离子交换膜的接枝链以及离子交换基团在膜的垂直方向分布更加均匀,在相近的GY下,其质子传导能力要优于膜接枝制备的两性离子交换膜,并且装配这种膜的液流电池开路电压可以保持30小时,大于商业Nafion膜的14小时。　　为了避免离子交换膜制备过程中接枝苯乙烯的磺化反应,进一步简化制备工艺,在第四章中,以商业Nafion膜为接枝基材,采用共辐射接枝技术在Nafion膜上接枝DMAEMA单体,质子化后得到了Nafion基两性离子交换膜。红外光谱和热重分析证实了接枝共聚反应的成功进行。采用XPS、原子力显微镜(AFM)以及SEM分析研究了接枝过程对于Nafion膜结构的影响。考察了接枝反应条件如吸收剂量、剂量率和单体浓度对接枝率(GY)的影响。系统地研究了GY对于膜的电导率和钒离子渗透率的影响,结果表明这种两性离子交换膜具有极低的钒渗透系数,可有效降低钒离子的交叉污染,但同时接枝过程会影响到Nafion膜自身的电导率,需进一步优化。