本申請涉及液流電池領(lǐng)域，具體地涉及一種抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋅溴液流電池作為一種先進(jìn)的儲能技術(shù)，因其高能量密度、長壽命、可擴(kuò)展性和環(huán)境友好性，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有顯著的應(yīng)用潛力。它們能夠提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，尤其適合于電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源存儲以及偏遠(yuǎn)地區(qū)供電等場景。鋅溴液流電池的高效運(yùn)行對于實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用和減少碳排放具有重要意義。

2、盡管鋅溴液流電池具有諸多優(yōu)勢，但其商業(yè)化進(jìn)程仍面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)。其中，鋅枝晶的形成是主要問題之一，它可能導(dǎo)致電池內(nèi)部短路和隔膜穿透，從而影響電池的安全性和壽命。此外，電解液的交叉污染、離子傳輸效率低下以及隔膜材料的高成本也是限制其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。解決這些問題對于提高電池性能和降低成本至關(guān)重要。

3、隔膜作為鋅溴液流電池的核心組件，其性能直接影響電池的效率和穩(wěn)定性。改進(jìn)隔膜材料可以提高其化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，有效抑制鋅枝晶的生長，減少電解液交叉污染，并提高離子選擇性。此外，開發(fā)成本效益高的隔膜材料對于降低電池整體成本、推動其商業(yè)化具有重要意義。因此，隔膜的改進(jìn)對于提升鋅溴液流電池的性能和經(jīng)濟(jì)性，以及促進(jìn)其在儲能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有不可或缺的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種阻擋溴離子、溴絡(luò)合物穿透及抗鋅枝晶穿刺的鋅溴液流電池隔膜。

2、為達(dá)到以上目的，本申請采用的技術(shù)方案為：提供一種抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，包括以下制備原料：超高分子量聚乙烯、增塑劑、制孔劑、色母粒、耐溴劑和潤滑劑，其中所述制孔劑由第一無機(jī)納米粒子和第二無機(jī)納米粒子組成，所述第二無機(jī)納米粒子為具有本征規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)的無機(jī)納米粒子。

3、作為一種優(yōu)選，所述第一無機(jī)納米粒子與所述第二無機(jī)納米粒子按照質(zhì)量比為（7~9）：（1~3）的比例混合，得到所述制孔劑。

4、作為另一種優(yōu)選，所述第二無機(jī)納米粒子為zsm-5、zsm-11、zsm-12、zsm-22、zsm-23、zsm-35、zsm-48型號zsm系列分子篩，y型分子篩，mfi系列分子篩，mcm-22、mcm-41、mcm-48型號mcm系列分子篩中的任意一種或者多種的組合。

5、作為另一種優(yōu)選，所述第二無機(jī)納米粒子為具有硅鋁結(jié)構(gòu)的分子篩。

6、作為另一種優(yōu)選，所述第一無機(jī)納米粒子由大粒徑粒子和小粒徑粒子組成，其中所述大粒徑粒子的粒徑范圍為50~100?nm，所述小粒徑粒子的粒徑范圍為7~50?nm。

7、作為另一種優(yōu)選，所述大粒徑粒子與所述小粒徑粒子按照質(zhì)量比為（3~4）：（1~2）的比例混合，制得所述第一無機(jī)納米粒子。

8、作為另一種優(yōu)選，所述第一無機(jī)納米粒子為二氧化硅。

9、作為另一種優(yōu)選，所述超高分子量聚乙烯的分子量大于100萬。

10、一種抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜的制備方法，將25~50份超高分子量聚乙烯、35~65份增塑劑、20~50份制孔劑、1~20份色母粒、0.1~3份耐溴劑和1~5份潤滑劑混合均勻，得到混合料，將混合料經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出，陳化、烘干后得到所述抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜；

11、其中，所述制孔劑由第一無機(jī)納米粒子和第二無機(jī)納米粒子按質(zhì)量比為（7~9）：（1~3）的比例混合而得，所述第一無機(jī)納米粒子由大粒徑粒子與小粒徑粒子按照質(zhì)量比為（3~4）：（1~2）的比例混合而得，所述第一無機(jī)納米粒子為二氧化硅，所述第二無機(jī)納米粒子為分子篩。

12、一種鋅溴液流電池，包括上述任一的穿刺的鋅溴液流電池隔膜，或上述制備方法制得的所述穿刺的鋅溴液流電池隔膜。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的有益效果在于：

14、（1）本申請的鋅溴液流電池隔膜，選取具有埃米級別本征規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)的第二無機(jī)納米粒子，在隔膜中與第一無機(jī)納米粒子產(chǎn)生協(xié)同作用，共同形成了多尺度海綿體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了隔膜的平均孔徑，有利于提升隔膜的阻溴能力，提高電池的庫倫效率。

15、（2）本申請選用一定比的大粒徑粒子和小粒徑粒子混合，具有較好的溴分子阻擋性能和電阻率；

16、（3）本申請選用超高分子量聚乙烯，能夠提高膜的韌性并且增強(qiáng)隔膜的抗穿刺能力。

技術(shù)特征：

1.一種抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，其特征在于，包括以下制備原料：超高分子量聚乙烯、增塑劑、制孔劑、色母粒、耐溴劑和潤滑劑，其中所述制孔劑由第一無機(jī)納米粒子和第二無機(jī)納米粒子組成，所述第二無機(jī)納米粒子為具有本征規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)的無機(jī)納米粒子。

2.如權(quán)利要求1所述的抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，其特征在于，所述第一無機(jī)納米粒子與所述第二無機(jī)納米粒子按照質(zhì)量比為（7~9）：（1~3）的比例混合，得到所述制孔劑。

3.如權(quán)利要求1所述的抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，其特征在于，所述第二無機(jī)納米粒子為zsm-5、zsm-11、zsm-12、zsm-22、zsm-23、zsm-35、zsm-48型號zsm系列分子篩，y型分子篩，mfi系列分子篩，mcm-22、mcm-41、mcm-48型號mcm系列分子篩中的任意一種或者多種的組合。

4.如權(quán)利要求3所述的抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，其特征在于，所述第二無機(jī)納米粒子為具有硅鋁結(jié)構(gòu)的分子篩。

5.如權(quán)利要求1所述的抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，其特征在于，所述第一無機(jī)納米粒子由大粒徑粒子和小粒徑粒子組成，其中所述大粒徑粒子的粒徑范圍為50~100?nm，所述小粒徑粒子的粒徑范圍為7~50?nm。

6.如權(quán)利要求5所述的抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，其特征在于，所述大粒徑粒子與所述小粒徑粒子按照質(zhì)量比為（3~4）：（1~2）的比例混合，制得所述第一無機(jī)納米粒子。

7.如權(quán)利要求5所述的抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，其特征在于，所述第一無機(jī)納米粒子為二氧化硅。

8.如權(quán)利要求1所述的抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的分子量大于100萬。

9.一種抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜的制備方法，其特征在于，將25~50份超高分子量聚乙烯、35~65份增塑劑、20~50份制孔劑、1~20份色母粒、0.1~3份耐溴劑和1~5份潤滑劑混合均勻，得到混合料，將混合料經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出，陳化、烘干后得到所述抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜；

10.一種鋅溴液流電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1~8任一所述的抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，或采用權(quán)利要求9所述的制備方法制得的所述抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜、制備方法及其應(yīng)用，其中抗穿刺的鋅溴液流電池隔膜，包括以下制備原料：超高分子量聚乙烯、增塑劑、制孔劑、色母粒、耐溴劑和潤滑劑，其中制孔劑由第一無機(jī)納米粒子和第二無機(jī)納米粒子組成，第二無機(jī)納米粒子為具有本征規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)的無機(jī)納米粒子。本申請的鋅溴液流電池隔膜，選取具有埃米級別本征規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)的第二無機(jī)納米粒子，在隔膜中與第一無機(jī)納米粒子產(chǎn)生協(xié)同作用，共同形成了多尺度海綿體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了隔膜的平均孔徑，有利于提升隔膜的阻溴能力，提高電池的庫倫效率。

技術(shù)研發(fā)人員：孫魯振,汪洋,周艷慧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)溫州研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19