Pagbabahagi ng Paraan ng Paghahanda ng Membrane/Proton Membrane!

Mga cell ng gasolinaat lahat-Mga baterya ng daloy ng vanadiumay mahalagang mga pag -iimbak ng enerhiya at pag -convert ng mga teknolohiya na maaaring malawakang magamit sa iba't ibang mga patlang, tulad ng nababago na imbakan ng enerhiya at mga de -koryenteng sasakyan. Lamad Ang mga materyales ay may mahalagang papel sa pagganap ng mga baterya na ito dahil dapat silang magkaroon ng mataas na ionic conductivity at mahusay na mekanikal na katatagan habang pinipigilan ang pagtagos ng elektron sa parehong mga dulo ng electrolyte.

Ang mga materyales sa lamad ay maaaring mahahati sa mga sumusunod na kategorya:

1. Perfluorosulfonic acid membranes (tulad ng Nafion): Ang mga materyales na ito sa pangkalahatan ay may mahusay na katatagan ng kemikal at mahusay na kondaktibiti, ngunit mas mahal.

2. Mga Non-Fluorinated Membranes (tulad ng Sulfonated Polyetheretherketone, Speek): Ang mga ito ay higit na mga pagpipilian sa kapaligiran na may medyo mababang gastos, ngunit maaaring bahagyang mas mababa sa perfluorosulfonic acid membranes sa pagganap.

3. Porous membranes (tulad ng porous polyvinylidene fluoride, PVDF): Mayroon silang isang tiyak na istraktura ng butas na maaaring epektibong suportahan ang daloy ng mga electrolyte at palitan ng ion.

4. Mga lamad ng paggamot sa tubig (pangunahin ang mga materyales na polyolefin): Bagaman pangunahing ginagamit ito para sa paggamot ng tubig, maaari rin silang makahanap ng mga aplikasyon sa mga tiyak na teknolohiya ng baterya, tulad ng pagsuporta sa ilang mga uri ng palitan ng ion.

Pinagmulan ng Imahe: Pag -iimbak ng enerhiya ng Polymer

Ang mga pamamaraan ng paghahanda at mekanismo ng bawat materyal ay naiiba, na nakakaapekto sa kanilang aplikasyon sa paghahanda ng laboratoryo at mas malaking produksiyon. Ngayon, ibabahagi namin ang mga pamamaraan ng paghahanda ng mga dayapragms/Proton Membranes.

Ang mga proseso ng pagmamanupaktura ng mga dayapragms ay pangunahing sumusunod:

1. Symmetrical Membrane (Homogenous Membrane)

1.1 Pamamaraan sa Paghahanda ng Lamad

Paraan ng Casting ng Solusyon:

Ang pamamaraang ito ay karaniwang ginagamit sa mga laboratoryo. Partikular, ang polimer ay na -configure sa isang polymer solution na may isang tiyak na bahagi ng masa, at pagkatapos ng pagpainit, pagpapakilos, at pagkabulok, ito ay itinapon sa isang amag. Kapag ang solusyon ng polymer ay unti -unting nagpapatibay, nabuo ang isang proton membrane. Ang amag ay maaaring mapili ayon sa pagpili ng polimer at solvent, tulad ng mga plato ng salamin, hindi kinakalawang na asero plate, pinggan ng kultura, atbp (tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba).

Halimbawa, sa paghahanda ng karaniwang serye ng perfluorinatedProton Exchange Membranes. Ang likidong paghahagis ay pagkatapos ay ibuhos sa isang patag na plato ng baso o hindi kinakalawang na asero plate (kung ito ay isang sistema ng tubig-alkohol, kailangan itong mabagal na inihurnong sa mababang temperatura at pagkatapos ay pinagsama sa mataas na temperatura). Pagkatapos ay maaaring magamit ang isang espesyal na scraper upang maikalat ito sa isang pantay na patong na may isang tiyak na kapal, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba (ang pagsasaayos ng kapal Evaporate, at sa wakas ay nabuo ang isang pantay na pelikula.

Natutunaw na paraan ng pagbubuo ng pelikula (matunaw ang extrusion):

Ang polimer ay pinainit sa itaas ng natutunaw na punto, natunaw, at pagkatapos ay nabuo sa isang pelikula sa pamamagitan ng isang tiyak na amag o extruder mamatay. Ang mga bentahe ng pamamaraang ito ay mga simpleng kagamitan at madaling operasyon, ngunit ang kapal at pagkakapareho ng pelikula ay hindi madaling kontrolin. Bilang karagdagan, ang halaga ng polimer na ginamit sa yugto ng laboratoryo ay medyo malaki, at ang pamamaraang ito ay madalas na ginagamit sa pagpapalakas ng engineering. Karaniwan, ang pamamaraang ito ay ginagamit kapag ang mga organikong polimer ay hindi maaaring tumugma sa isang angkop na solvent upang maghanda ng isang solusyon sa paghahagis.

1.2 Paraan ng Paghahanda ng Microporous Membrane (Symmetric Membrane)

Paraan ng pag -uunat:

Kapag ang polimer ay nasa isang semi-crystalline state, may mga crystalline at amorphous na mga rehiyon sa loob, at ang mga mekanikal na katangian ng dalawang rehiyon ay naiiba. Kapag ang polimer ay sumailalim sa isang makunat na puwersa, ang rehiyon ng amorphous ay overstretched, na nagreresulta sa lokal na bali upang mabuo ang mga mikropono, at ang mala-kristal na rehiyon ay napanatili bilang balangkas ng microporous na rehiyon upang makabuo ng isang nakaunat na semi-crystalline membrane.

Mga pangunahing punto: 1. Ang pagbuo ng semi-crystalline polymers ay ang susi sa pamamaraan ng pag-uunat; 2. Ang lumalawak na maramihang at bilis ng pag -uunat ay ang susi sa pagbuo ng mga parameter tulad ng target na laki ng micropore at porosity.

Ang mga hakbang ay halos nahahati sa polymer matunaw extrusion → bumubuo ng kahanay na microcrystals kasama ang direksyon ng extrusion → paggamot ng init → malamig na pag -uunat ng pore → setting ng init. Ang pamamaraang ito ay kadalasang ginagamit para sa mga materyales ng lamad tulad ng polyethylene at polytetrafluoroethylene.

Paraan ng Nukleyar na Track Etching: 

Ang polymer film ay binomba sa patayong direksyon sa pamamagitan ng mga fragment ng isotope fission o sisingilin na mga particle na inilabas ng mabibigat na accelerator ng butil, at ang mga mahabang kadena ng mga molekula ng polimer ay nasira. Dahil sa lubos na aktibong kakayahan ng reaksyon ng kemikal na nabuo sa bali, maaari itong mas gusto ng mga ahente ng kemikal na etching upang mabuo ang mga butas. Ang laki ng mga lamad ng lamad ay kinokontrol ng antas ng pagguho. Pamamaraan ng Sintering: Painitin ang pulbos na polimer o metal na pulbos nang pantay -pantay, kontrolin ang temperatura at presyon, upang may ilang mga pores sa pagitan ng mga particle ng pulbos, natutunaw lamang ang ibabaw ng mga partikulo ng pulbos ngunit hindi ganap na matunaw, upang sila ay magbigkis sa bawat isa upang makabuo ng isang porous manipis na layer o tubular na istraktura. Ang laki ng butas ng lamad ay maaaring kontrolado ng laki ng butil ng orihinal na pulbos at temperatura ng sintering. Ang pamamaraang ito ay kadalasang ginagamit para sa mga materyales sa lamad tulad ng metal powder.

Paraan ng Dissolution, na kilala rin bilang Pamamaraan sa Paghihiwalay ng Solusyon ng Solusyon:

Karaniwan itong tumutukoy sa paghahalo ng ilang mga natutunaw na polimer o iba pang natutunaw na solidong additives sa polimer ng lamad. Matapos mabuo ang lamad, ang katawan ng lamad ay inilalagay sa isang paliguan ng tubig o ilang mahihirap na solvent upang i -leach ang halo -halong mga sangkap upang mabuo ang mga pores. Ang mga karaniwang "porogens" ay may kasamang PEG, alkohol, ester, atbp, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba.

2. Paghahanda ng Asymmetric Membranes

2.1 Paraan ng pagbabalik ng phase

Ang pamamaraan ng pag-iikot ng phase ay ang proseso kung saan ang polimer ay umuusbong mula sa solusyon sa isang solid at nagbabago mula sa isang homogenous na estado ng likido sa dalawang likidong estado (tinatawag din na likidong-likido na paghihiwalay ng phase), na nag-uudyok sa pagbuo ng isang polimer na puro phase at isang dilute phase. Ang puro phase sa kalaunan ay bumubuo ng katawan ng lamad, at ang phase ng dilute ay nagbabago sa isang butas. Ang pamamaraang ito ay kadalasang ginagamit sa larangan ng paggamot sa tubig.

Sa mga nagdaang taon, kasama ang pagpapakilala ng prinsipyo na "pore size screening" sa larangan ng mga likidong daloy ng daloy, ang karamihan sa mga butas na butas ng lamad ng koponan ng Zhang Huamin at Li Xianfeng ng Dalian Institute of Chemical Physics ay inihanda gamit ang paraan ng pag -iikot ng phase. Ang mekanismo ng pagbuo ng lamad nito ay nagsasangkot ng proseso ng pagbabagong -anyo ng paghahagis ng likido (na binubuo ng isang solusyon sa polimer at isang solvent) sa ilalim ng mga tiyak na kondisyon, at sa wakas ay bumubuo ng isang lamad ng paghihiwalay ng polimer na may tiyak na istraktura at pagganap. Ang prosesong ito ay pangunahing kasama ang dalawang yugto: proseso ng paghihiwalay ng phase at proseso ng pagbabalik ng phase.

Proseso ng paghihiwalay ng phase:

Kapag ang paghahagis ng likido ay nalubog sa paliguan ng gel, ang solvent at hindi solvent na nagkakalat sa bawat isa sa pamamagitan ng likidong lamad/gel bath interface. Sa yugtong ito, kapag ang pagpapalitan sa pagitan ng solvent at ang hindi solvent ay umabot sa isang tiyak na antas, ang paghahagis ng likido ay nagiging isang thermodynamically hindi matatag na sistema, kaya nangyayari ang paghihiwalay ng phase. Ang hakbang na ito ay ang susi upang matukoy ang istraktura ng butas ng lamad. Ang pananaliksik ay pangunahing nakatuon sa mga katangian ng thermodynamic at mga kinetics ng paglipat ng masa ng sistema ng paghahagis ng likido.

Proseso ng Pagbabago ng Phase:

Matapos ang paghihiwalay ng phase, ang solvent at non-solvent ay karagdagang ipinagpalit, at ang paghalay ng mga lamad ng lamad, daloy ng interphase at ang solidification ng phase na mayaman sa polimer sa isang lamad ay naganap. Ang yugtong ito ay may malaking impluwensya sa istrukturang morpolohiya ng base membrane. Ang pananaliksik ay pangunahing nakatuon sa kontrol ng istruktura (proseso ng kinetic ng gel) sa panahon ng pagbabagong -anyo ng phase mula sa paghihiwalay ng phase hanggang sa pagbabagong -anyo ng likidong phase. Ang paraan ng pagbabagong-anyo ng phase ay gumagamit ng likidong paghahagis upang makipagpalitan ng solvent at non-solvent na paglipat ng masa kasama ang nakapaligid na kapaligiran. Ang orihinal na matatag na estado na solusyon ay nagiging hindi matatag at gumagawa ng isang likidong-likido na pagbabagong-anyo ng phase sa dalawang phase: ang phase na mayaman sa polimer na kalaunan ay bumubuo ng lamad at ang polymer-poor phase na bumubuo ng mga pores, at sa wakas ay nagpapatibay upang makabuo ng isang istruktura ng lamad. Ang pamamaraang ito ay simple upang mapatakbo at maaaring magamit upang maghanda ng mga lamad ng iba't ibang mga form, kaya ito ay naging pinaka-karaniwang ginagamit na proseso ng paggawa ng lamad. Ang mga katangian ng lamad ng pagbabagong -anyo ng phase ay ang layer ng balat at ang layer ng suporta ay gawa sa parehong materyal, at ang layer ng balat at ang layer ng suporta ay inihanda at nabuo nang sabay -sabay.

Bilang karagdagan, ang mga epekto ng mga kondisyon na bumubuo ng lamad tulad ng uri, konsentrasyon, lagkit ng likido na bumubuo ng lamad, ang konsentrasyon at temperatura ng paliguan ng coagulation sa istraktura at mga katangian ng mga lamad ng cellulose ay napag-aralan din sa lalim. Ang mga kundisyong ito ay tumutukoy sa istraktura at pagganap ng lamad sa pamamagitan ng nakakaapekto sa rate ng pagsasabog. Halimbawa, kapag ang solusyon ng polimer ay dahan-dahang umuusbong, ang isang istraktura na tulad ng espongha (RO membrane) ay nakuha, at kapag ang isang gel ay nabuo nang mabilis, isang istraktura na tulad ng daliri (UF lamad) ay nakuha, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba.

2.2 Paraan ng Paghihiwalay ng Paghihiwalay ng Phase:

Ang polimer ay halo -halong may iba pang mga solvent at pinainit sa itaas ng natutunaw na punto ng polimer upang matunaw ang polimer at hiwalay sa iba pang mga solvent. Ang polimer ay pagkatapos ay pinalamig upang makabuo ng isang solidong lamad. Ang pamamaraang ito ay maaaring makagawa ng isang medyo manipis na lamad na may mataas na pagkakapareho.

2.3 Paraan ng Pag-link ng Chemical Cross:

Ang solusyon ng polimer ay halo-halong may isang cross-link na ahente, at ang isang reaksyon ng cross-link ay sapilitan sa pamamagitan ng pag-init o isang katalista upang makabuo ng isang hindi malulutas na cross-link na polymer membrane. Ang lamad na nakuha ng pamamaraang ito ay may mahusay na pagganap, ngunit ang uri at konsentrasyon ng cross-link na ahente ay may malaking impluwensya sa pagganap ng lamad. Ang nasa itaas ay maraming mga proseso ng pagmamanupaktura para sa mga lamad ng proton exchange. Ang iba't ibang mga proseso ay angkop para sa iba't ibang mga polimer at gamit. Sa aktwal na produksiyon, ang naaangkop na proseso ay dapat mapili upang ihanda ang dayapragm ayon sa mga tiyak na pangangailangan.

Ang daloy ng baterya ay isang rechargeable na baterya na nag -iimbak ng elektrikal na enerhiya sa pamamagitan ng daloy ng likidong electrolyte. Hindi tulad ng tradisyonal na mga baterya ng solid-state (tulad ng mga baterya ng lithium-ion), ang mga sangkap ng imbakan ng enerhiya (electrolyte) ng mga daloy ng baterya ay pinaghiwalay at karaniwang nakaimbak sa mga panlabas na lalagyan, na nagpapalipat-lipat sa mga cell ng baterya sa panahon ng pagsingil at paglabas. Ang mga baterya ng daloy ay isang teknolohiya ng baterya kung saan umiiral ang mga aktibong sangkap sa likidong electrolyte. Ang electrolyte ay nasa labas ng stack ng baterya at dumadaloy sa pamamagitan ng stack ng baterya sa ilalim ng pagsulong ng isang pump ng sirkulasyon upang makamit ang pag -convert ng enerhiya ng kemikal sa enerhiya na de -koryenteng. Mayroong apat na pangunahing mga teknikal na ruta para sa mga baterya ng daloy sa mundo: all-vanadium flow baterya, zinc-bromine baterya, iron-chromium baterya, at sodium polysulfide-bromine baterya. Kabilang sa mga ito, ang kasalukuyang pang-industriya na konstruksyon ng kadena at teknikal na kapanahunan ng mga baterya ng daloy ng all-vanadium ay medyo mataas. Ang all-vanadium flow system ng baterya ay binubuo ng isang yunit ng kuryente (stack ng baterya), isang yunit ng enerhiya (electrolyte at electrolyte storage tank), isang yunit ng paghahatid ng electrolyte (pipelines, valves, pump, sensor at iba pang mga pantulong na sangkap) at isang sistema ng pamamahala ng baterya. Kabilang sa mga ito, ang stack ng baterya ay binubuo ng mga lamad ng palitan ng ion, electrodes, bipolar plate, electrode frame, seal at iba pang mga materyales. Kasama sa linya ng paggawa ng baterya ng daloy (bipolar plate, pagputol ng lamad, pagputol ng carbon, pagpupulong ng baterya ng baterya), atbp.