哈尔滨工业大学专业硕士学位论文
摘要
全钒液流电池由于具有稳定性好、循环寿命长、设计灵活等特点，因而在诸
多储能系统中脱颖而出，但由于隔膜成本昂贵，因而一定程度上限制了钒电池的
发展。因此，开发低成本和高性能隔膜对促进VRB的产业化具有重要的意义。
当前，通过离子交换基团来实现离子传输的离子交换膜和通过孔径排阻来筛
分离子的多孔膜都难以突破离子选择性和电导率之间难以平衡的问题。薄层复合
(TFC)膜由于其自身独特的结构可供研究者分别对支撑层和表皮层分别进行优化
设计，有望克服该缺点。目前，界面聚合法被认为是制备薄层膜的常用方法，传
统上制备TFC膜主要采用的是聚酰胺(PA)和聚吡咯(PPy)体系。但在VRB的强酸
强氧化工作环境中，PA和PPy体系都一定程度上存在稳定性问题，因此本论文
尝试开发一种既能在离子选择性和电导率之间达到权衡且能够在VRB操作环境
中保持稳定的TFC膜，本论文具体研究如下：
本论文首先通过界面聚合法以聚乙烯亚胺和三聚氯氰(CC)为水油两相单体
制备了不含易水解基团的TFC-CC聚胺TFC膜并进行了详细的物化性能测试，
结果表明该复合膜具有优异的阻钒性能及稳定性。单电池测试结果显示，在40-
80mA·cm-2的电流密度下，复合膜的EE比商业Nafion115平均高出了5.7%左
右，自放电时间达167.04h，是Nafion115膜的3.40倍。其次，以聚乙烯亚胺和
二溴对二甲苯(DBX)为水油两相单体制备了TFC-DBX聚胺TFC膜并对其物化
性能进行了测试，结果表明该膜同样具有优异的阻钒性能及稳定性。单电池测试
结果显示，在40-80mA·cm-2的电流密度下，复合膜的EE比商业Nafion115平均
高出了4.47%，自放电时间达147.01h，是Nafion115膜的2.99倍。
六方氮化硼(BN)是一种化学和机械稳定性优异，导电性好，抗氧化性强且价
格低廉的二维无机材料。它的蜂窝状结构可作为分子扩散的天然屏障。为进一步
提高TFC-CC膜的选择性，本论文将BN羟基化以提高其分散性能和溶解度，并
将羟基化的BN引入TFC-CC膜中制备了不同BN-OH含量的薄层纳米复合(TFN)
膜。通过物化性能及电化学性能测试，发现BN-OH的修饰在提高隔膜阻钒性能
和稳定性的同时也有效提高了复合膜的氢离子传导能力，单电池测试结果显示，
复合膜的EE比商业Nafion115平均高出了6.91%，自放电时间达243.82h，是
Nafion115膜的4.96倍。经过100次充放电循环后，复合膜的EE仍能够保持在
83%左右。
本论文最后分析了所制备的TFC膜和TFN膜的成本，其成本均低于商业
Nafion115膜。因此，复合膜展现出较好的应用前景。
关键词：全钒液流电池；薄层复合膜；界面聚合反应；六方氮化硼
I
哈尔滨工业大学专业硕士学位论文
Abstract
All-vanadiumredoxflowbattery(VRB)standsoutamongmanyenergystorage
systemsduetothecharacteristicsofoperationalsafety,highefficiency,longcyclelife
anddesignflexibility.ButthedevelopmentofVRBislimitedbythehighcostof
membraneitisusedtosomeextent.Therefore,itisimportanttodeveloplow-costand
high-performingVRBmembranestopromotetheindustrializationofVRB.
Atpresent,bothionexchangemem