【痛點(diǎn)問題】

釩液流儲能電池是國家能源領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，在風(fēng)能、太陽能等再生能源利用、智能電網(wǎng)系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位。我國目前已經(jīng)是世界上最大的全釩液流電池的生產(chǎn)國，但是其高性能電池隔膜主要依靠進(jìn)口。電池隔膜約占釩液流電池成本1/5，是決定電池性能的關(guān)鍵部件。杜邦公司Nafion膜壟斷國內(nèi)市場，價(jià)格昂貴，約800-1000$/m2。Nafion膜電化學(xué)性能好, 但是存在釩離子滲漏多，成本高，嚴(yán)重限制儲能電池的應(yīng)用。國內(nèi)近年有企業(yè)開始生產(chǎn)釩液流電池隔膜，售價(jià)低于Nafion膜，其原理多為基于全氟磺酸樹脂鋪膜，工藝路線與Nafion系列膜并無明顯差異，穩(wěn)定性等不及Nafion，釩滲漏問題沒有解決，實(shí)際使用前景不明。因此，相關(guān)儲能產(chǎn)業(yè)急需性能穩(wěn)定、釩離子滲漏少、成本低的液流電池隔膜。

【成果介紹】

利用輻射技術(shù)研制電池的離子交換隔膜，最早從日本原子能研究所開始，出發(fā)點(diǎn)是代替Nafion的工藝，制備性價(jià)比更高的膜材料。電離輻射技術(shù)，特別是基于電子加速器的電子束輻射加工技術(shù)，不使用催化劑/引發(fā)劑，室溫操作，高效快速, 適合大量生產(chǎn)。目前輻射加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)材料的生產(chǎn)，如電線、電纜、輪胎、發(fā)泡材料、熱收縮材料等行業(yè)。本項(xiàng)目是在早期輻射接枝技術(shù)制備離子交換膜的基礎(chǔ)上，在工藝體系中使用功能化離子液體代替含有陰陽離子一般離子交換功能基團(tuán)，成功制備出具有更高耐熱、化學(xué)穩(wěn)定性、良好導(dǎo)電性、極為優(yōu)異抗釩離子滲漏的兩性離子交換膜（HUST-IL膜），并且在釩液流電池中的實(shí)際電池測試實(shí)驗(yàn)中電池效率優(yōu)于Nafion系列膜。需要特別指出的是，本項(xiàng)目在制備工藝方面取得了重要突破，不需要一般陽離子交換膜中的磺化工藝，非常環(huán)保，并且在工藝上成功發(fā)展出替代傳統(tǒng)固液接枝反應(yīng)的工藝體系，避免了接枝反應(yīng)的復(fù)雜工藝和質(zhì)量控制問題；本項(xiàng)目的工藝技術(shù)，使電池隔膜的輻射制備工藝從傳統(tǒng)的輻射接枝轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛浣宦?lián)工藝，通過鋪膜和固體膜輻照即可完成制備，與現(xiàn)有電線電纜片材的輻射交聯(lián)工藝通用，工藝簡單，極易量產(chǎn)和推廣。

【技術(shù)優(yōu)勢】

(1) 本項(xiàng)目所得到的HUST-IL隔膜產(chǎn)品，其釩離子滲透率比Nafion膜（Nafion115，117）降低約1200倍，導(dǎo)電率提高3倍以上，電池效率實(shí)現(xiàn)了對Nafion膜的超越；

(2) 在制備工藝方面的重要突破：不需要一般陽離子交換膜中的磺化工藝，非常環(huán)保，并且在工藝上成功發(fā)展出替代傳統(tǒng)固液接枝反應(yīng)的工藝體系，避免了接枝反應(yīng)的復(fù)雜工藝和質(zhì)量控制問題；

(3) 本項(xiàng)目電池隔膜的輻射制備工藝從傳統(tǒng)的輻射接枝轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛浣宦?lián)工藝，通過鋪膜和固體膜輻照即可完成制備，與現(xiàn)有電線電纜片材的輻射交聯(lián)工藝通用，工藝簡單，極易量產(chǎn)和推廣。

【市場前景】

本技術(shù)所制備的膜產(chǎn)品可以在釩液流儲能電池、氫燃料電池、其他各種電池系統(tǒng)中作為隔膜使用，同時還可以作為高性能離子交換膜用于水處理、化工分離、電解解析等各種領(lǐng)域。特別指出的是，HUST-IL膜具有極好的熱穩(wěn)定性，非常適合作為高溫體系燃料電池隔膜應(yīng)用，將來有望在燃料電池體系中推廣！