【摘 要】
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在所有的储能方式之中,全钒液流电池（VRB）由于其效率高,电池性能好,电解液不会发生交叉污染等众多优点,成为国内外科研人员研究的重点。在构成钒电池系统的各个组成部件之中,隔膜的性能对全钒液流电池的性能有重要影响。目前,国内外研究者都在寻找价格低廉,机械性能好的非全氟磺酸离子膜来替代Nafion膜。其中,聚砜（PSF）因为在高温下抗拉伸、抗蠕变、高热稳定和耐化学腐蚀,因此日益受到研究者们的青睐。本文
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在所有的储能方式之中,全钒液流电池（VRB）由于其效率高,电池性能好,电解液不会发生交叉污染等众多优点,成为国内外科研人员研究的重点。在构成钒电池系统的各个组成部件之中,隔膜的性能对全钒液流电池的性能有重要影响。目前,国内外研究者都在寻找价格低廉,机械性能好的非全氟磺酸离子膜来替代Nafion膜。其中,聚砜（PSF）因为在高温下抗拉伸、抗蠕变、高热稳定和耐化学腐蚀,因此日益受到研究者们的青睐。本文通过原子转移自由基聚合反应（ATRP）拟在聚砜上接枝阴阳离子单体,通过调节阴阳离子单体以获得高离子导电率和低钒渗透率的PSF两性离子交换膜并将其运用到全钒液流电池上。论文首先在课题组前期研究基础上,对聚砜氯甲基化实验进行了进一步优化。采用三因素三水平的正交实验,从反应时间、反应温度和催化剂的用量进行入手,寻找聚砜氯甲基化度最高的适宜实验条件。当反应温度为55℃、反应时间16h、催化剂用量为1 g时,聚砜的氯甲基化度最高,达到2.32mmolg-1。使用三因素三水平正交实验,对氯甲基化的聚砜进行接枝率的实验条件优化,在不同温度、反应时间和单体浓度下,可以得到最佳接枝实验条件为50℃,4h,0.5mol L-1。本文还利用Comsol Multiphysics软件,参考已有钒电池模型,模拟了钒离子的渗透和电池的自放电过程。通过模拟可以看出影响钒离子渗透的主要原因是电解质的状态跟隔膜的影响。但是受时间影响,所建立的理论模型还需要进行一步修正,需要考虑更多因素,如水的迁移对钒离子渗透的影响等。论文最后分析了全钒液流电池的储能前景及其优势,钒电池在储能市场上的地位,估算了聚砜接枝苯乙烯磺酸钠的成本,分析了ATRP改性膜技术的前景。
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