中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：離子交換膜是液流電池中的重要結(jié)構(gòu)部件，其可以分隔正負(fù)極電解液，并通過(guò)選擇性透過(guò)離子，從而實(shí)現(xiàn)電池結(jié)構(gòu)中完整回路的構(gòu)建，同時(shí)阻礙了電解液間不同價(jià)態(tài)釩離子因交叉污染引起的自放電現(xiàn)象。
以全釩液流電池為例，理想的全釩液流電池隔膜需要具備以下特征：（1）低釩離子滲透率，減少由釩離子的跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致的污染；（2）優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，高機(jī)械強(qiáng)度，使得薄膜在酸性條件下的壽命長(zhǎng)，從而增長(zhǎng)電池壽命；（3）高離子電導(dǎo)率與良好的離子選擇性，使得電池效率高；（4）低水通量，在充放電過(guò)程中，使得陰、陽(yáng)兩極電解液保持平衡；（5）加工生產(chǎn)成本低，有利于隔膜的廣泛應(yīng)用。
圖表：釩電池離子膜主要性能要求
根據(jù)附著于膜上離子官能團(tuán)的帶電情況，離子交換膜可以分為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜以及兩性離子交換膜：
目前釩液流電池大都選用陽(yáng)離子交換膜，陽(yáng)離子交換膜中起離子傳輸作用的是帶負(fù)電的基團(tuán)(磺酸基-SO3H，羧基-COOH，酚羥基-OH等)，陽(yáng)離子交換膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和離子傳輸能力，但對(duì)釩離子的選擇性較差，釩離子在膜中的通量較高；
陰離子交換膜中起離子傳輸作用的是帶正電的基團(tuán)(如:季胺基-NRH3等能解離出氫氧根離子的基團(tuán))，陰離子交換膜允許陰離子(如:硫酸根離子)作為電荷載體形成閉合回路，有效地抑制釩離子的擴(kuò)散，但電導(dǎo)率較低，內(nèi)阻較大；
兩性離子交換膜擁有兩種類型的官能團(tuán)，帶正電的官能團(tuán)能阻擋釩離子傳輸，從而抑制釩離子的交叉污染，而帶負(fù)電的官能團(tuán)可以保證較高的離子傳導(dǎo)率，增強(qiáng)膜的導(dǎo)電性。然而，離子傳輸能力與離子選擇性具有矛盾性，很難兼顧，導(dǎo)致兩性離子交換膜兩種官能團(tuán)的配比多樣，膜制造工藝復(fù)雜，成本較高。
圖表：離子交換膜比較
全釩液流電池用離子交換膜主要可分為含氟離子交換膜和非氟離子交換膜。在含氟離子交換膜中，按照膜材料樹(shù)脂氟化程度的不同，可以大體分為全氟磺酸離子交換膜、部分氟化離子交換膜和非氟離子交換膜三類。
1、全氟磺酸離子交換膜：全氟磺酸離子交換膜是指采用全氟磺酸樹(shù)脂制成的離子交換膜。一般來(lái)講在高分子材料中，碳-氟鍵的鍵能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳-氫鍵的鍵能(C-F:485 kJ/mol C-H:86 kJ/mol)，樹(shù)脂材料的氟化程度越高，其耐受化學(xué)氧化和電化學(xué)氧化的能力越強(qiáng)。全氟高分子材料（樹(shù)脂）是指材料中的C-H鍵全部被C-F鍵取代，所以表現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)特別是電化學(xué)穩(wěn)定性。
2、部分氟化離子交換膜：部分氟化的離子交換膜具有較低的成本，同時(shí)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性能，從而可以應(yīng)用在全釩液流電池中。
3、非氟離子交換膜：相較于全氟材料，非氟離子交換膜源頭采用非氟樹(shù)脂材料，摒棄了傳統(tǒng)含氟材料所存在的弊端從根本上降低成本。非氟離子交換膜具有離子選擇性高、機(jī)械穩(wěn)定性好及成本低廉等特點(diǎn)，較早應(yīng)用于燃料電池體系中。
釩電池的商用隔膜主要為全氟磺酸膜，商業(yè)領(lǐng)域廣泛采用的是以美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的Nafion膜為代表的全氟磺酸膜。目前，離子交換膜的國(guó)產(chǎn)化主要集中在主流需求的全氟磺酸離子交換膜的生產(chǎn)以及技術(shù)攻關(guān)上，國(guó)家能源局、國(guó)網(wǎng)能源研究院也表示全國(guó)產(chǎn)化液流電池隔膜實(shí)現(xiàn)突破。
中和儲(chǔ)能非氟離子交換膜產(chǎn)品實(shí)拍圖
由于氟化膜價(jià)格較高，近幾年，多孔離子傳導(dǎo)膜、非氟化膜的研發(fā)也在不斷增多。中和儲(chǔ)能“非氟離子交換膜”源頭采用非氟樹(shù)脂材料，摒棄了傳統(tǒng)含氟材料所存在的弊端，在性能測(cè)試方面，通過(guò)多層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功解決了過(guò)去非氟離子交換膜材料化學(xué)穩(wěn)定性、離子傳導(dǎo)率和離子選擇性的不足，電池性能達(dá)到Nafion膜水平的同時(shí)，成本降低80%以上，是當(dāng)前含氟離子交換膜的理想替代，為液流電池、高溫燃料電池、金屬離子分離等領(lǐng)域提供了低成本、可持續(xù)的解決方案。公司現(xiàn)已交付客戶60厘米寬幅產(chǎn)品，根據(jù)客戶的反饋，該產(chǎn)品穩(wěn)定性優(yōu)于市面上其他全氟膜，成功幫助客戶降低終端產(chǎn)品成本，提升競(jìng)爭(zhēng)力。
