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一种高强度超薄的一体化质子交换膜 

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申请/专利权人:香港科技大学

摘要:本发明涉及电化学储能领域,具体是指一种高强度超薄的一体化质子交换膜。采用先进的飞秒加工或微纳压印技术在具有优良离子选择性的质子交换膜的两侧加工出相互垂直的微米级尺寸的加强筋,进而实现上下两侧的加强筋作为支撑、超薄的中间层实现离子选择的高强度超薄的一体化质子交换膜的构建。本发明中质子交换膜两侧的加强筋可以在大幅降低中间层厚度的同时保证其具有较高的机械强度,从而可以在保证质子交换膜机械强度及稳定性的前提下大幅降低质子交换膜以及整个电池的内阻。本发明利用具有优异的离子选择性的特点,结合飞秒加工或微纳压印等先进的、易于大规模生产的加工手段,有利于实现所述高强度超薄的一体化质子交换膜的制备与批量生产。

主权项:1.一种高强度超薄的一体化质子交换膜,其特征在于,针对具有优良离子选择性的质子交换膜,采用可规模化生产的加工技术,在上述质子交换膜的上下两侧加工出相互垂直的微米级尺寸的“加强筋”,使质子交换膜为薄膜部分及其两侧的加强筋组成的一体结构;其中,每侧的“加强筋”排布作为支撑层,支撑层的高度为10~30μm;薄膜部分作为功能层,功能层的厚度为4~10μm;上下支撑部分与中间超薄的离子选择区为一体化结构,在通过微纳压印技术在质子交换膜的成膜过程中一次轧制完成;功能层用于保证质子交换膜具有较高的离子选择性和较低的离子传输阻抗,离子选择性和离子传输阻抗的技术指标为:全钒液流电池中200mAcm2的电流密度下,库伦效率在98%以上,电压效率在75%以上;支撑层用于保证质子交换膜具有优良的机械强度,机械强度的技术指标为:在Flow-by的全钒液流电池中,在25~70%的压缩比下稳定工作;同时,支撑层和功能层的一体化结构,保证质子交换膜的循环稳定性,循环稳定性的技术指标为:稳定工作1000次充放电循环而无明显的性能衰减。

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权利要求:

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