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全钒氧化还原液流电池(All vanadium redox flow battery,简称:VRFB)是一种新型绿色的二次电池。与其它氧化还原液流电池如锌/溴电池、钠/硫电池及铅酸电池相比,VRFB具有容量和功率可调、大电流无损深度放电、使用寿命长、易操作和维护等优点。因此,VRFB可应用于调峰电源系统、大规模光电转换系统、应急电源系统、电动汽车电源等方面。迄今为止,VRFB仍然处于商业化应用的初级阶段,隔膜材料是限制其大规模开发的瓶颈之一。目前,VRFB中广泛使用的隔膜是美国杜邦公司生产的化学稳定性好、质子传导率高的Nafion系列膜;但是Nafion系列膜昂贵的价格以及较高的钒渗透、水迁移又限制了其大规模的商业化应用。因此,开发新型非氟质子导电膜对于降低膜的成本、减少钒渗透,尽可能提高电池的综合性价比具有十分重要的研究意义和商业价值。磺化聚酰亚胺(Sulfonated Polyimide,简称:SPI)具备良好的质子电导率、易成膜性、热稳定性和价格合理等优点,将其应用于VRFB中,有望成为Nafion膜的替代膜。然而,由于VRFB中正极电解液具有较强的氧化性和酸性,未优化的纯的SPI膜用于VRFB时耐久性较低,这就对SPI膜的长期稳定使用提出了严峻的挑战。本论文旨在制备一系列面向VRFB应用的新型耐氧化的SPI/无机物复合质子导电膜和纯的SPI膜。所得隔膜具有良好的阻钒效果、较好的抗氧化能力及合理的质子传导率,为VRFB隔膜的开发提供一定的理论和技术支撑。本文主要研究工作如下:(1)以1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NDTA),2,2’-双磺酸联苯胺(BDSA)与4,4’-二氨基二苯醚(ODA)为原料,采用缩聚法合成SPI。引入Ti O2、Al OOH、Zr O2、s-Mo S2等无机物,采用共混的方法制备SPI/Ti O2、SPI/Al OOH、SPI/Zr O2、SPI/s-Mo S2系列复合质子导电膜。用SEM或AFM表征了复合膜的形貌;用XRD表征了复合膜的微观结构;全面研究了复合膜的理化性质如含水率、离子交换容量、质子传导率、钒渗透率、抗氧化稳定性等。获得了无机物Ti O2、Al OOH、Zr O2和s-Mo S2的最佳添加量分别为:5 wt%、10 wt%、15 wt%和5 wt%。结果表明:与纯SPI膜相比,所有SPI/无机物复合膜的抗氧化稳定性均得到提高。将SPI/无机物复合膜应用于VRFB中,电池的库伦效率与能量效率较运用Nafion 117膜的VRFB提高约5%;使用SPI/Ti O2、SPI/Al OOH、SPI/s-Mo S2复合膜的VRFB的开路电压保持在0.8 V以上的时间分别为:160 h、117 h、193 h,也都长于Nafion117膜的72 h。并且使用复合膜的VRFB具有良好的循环稳定性。(2)为了提高纯SPI膜的氧化稳定性,以1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NDTA),2,2’-双磺酸联苯胺(BDSA)与不同的非磺化二胺5-氨基-(2-对氨基苯)苯并咪唑(APABI)或2,2-双[4-(4-氨基苯基氧基)苯基]丙烷(BAPP)或4,4-二氨基二苯基甲烷(MDA)为原料,采用缩聚法制备一系列含有不同非磺化二胺单体的SPI膜。研究结果表明:以BAPP为非磺化二胺单体的SPI膜具有良好的抗氧化能力;将SPI(BAPP)膜应用于VRFB中,在电流密度25-70 m A cm-2下,进行500次充放电循环测试,其库伦效率为97%,优于Nafion 117膜的95%,能量效率为68-73%,优于Nafion 117膜的65-71%。同时,电池综合性能也优于其他SPI膜。