作者：杨晓兵; 赵磊; 隋旭磊; 孟令辉; 王振波全钒液流电池聚苯并咪唑磷钨酸质子交换膜
摘要：质子交换膜是全钒液流电池的关键组件,其质子/钒选择性对于单电池的性能发挥至关重要。商用的全氟磺酸(Nafion)膜具有优异的质子传导率和化学耐受性,但是过于严重的钒离子渗透率阻碍了其工业化应用。本文中,以稠密的碳氢聚合物聚苯并咪唑(PBI)为基体材料,通过磷钨酸(PWA)的掺杂赋予其适当的质子传导能力,而其本征的高阻钒性则有助于高质子/选择性的获得。考虑到PWA水溶性较强易于从水中流失的缺陷,选用了有机的聚合物纳米凯夫拉纤维(NKFs)作为PWA的锚定剂,实现了良好的锚定效果,同时也解决了无机锚定剂与聚合物基体相容性差的问题。利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱表征了PWA功能化NKFs的形成,紫外-可见光(UV-Vis)光谱评估了NKFs对PWA的锚定稳定性,并对复合膜进行了吸水率(WU)、溶胀比(SR)、离子交换容量(IEC)、质子传导率、钒离子渗透率及选择性等测试表征了其基本性能。同时,在40100 mA cm 2下对以复合膜及重铸全氟磺酸(recast Nafion)膜组装的单电池进行了充放电、自放电及循环性能测试。结果表明,制备的复合膜体现出远超recast Nafion膜的质子/钒选择性,且以复合膜组装的单电池表现出更高的库仑效率和显著下降的自放电速率。
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