全钒液流电池用杂环聚芳醚的设计及其两性膜的结构与性能关系研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21276037
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

All-vanadium redox flow battery (VRB) is a kind of high efficient energy storage equipment. The ion exchange membrane is one of key components of VRB batteries, whose properties determine the use life and energy efficiency of VRB to some degree. Nowadays, the membrane materials for VRB applications are insufficient, and single anion exchange membrane or cation exchange membrane can not entirely meet the requirements of VRB applications, which limit the commercial applications of VRB. Based on the design of molecular structure, poly(phthalazinone ether)s containing methyl moieties membrane materials will be synthesized. The bromination of methyl groups will be studied to prepare poly(phthalazinone ether)s containing bromomethyl moieties. Blend baes membranes will be prepared from poly(phthalazinone ether)s containing bromomethyl moieties and sulfonated poly(phthalazinone ether)s by casting solution, then the base membranes will be quaternized and acidized successively to obtain poly(phthalazinone ether)s amphoteric ion exchange membranes containing both quaternary ammonium groups and sulfuric acid groups. The control mechanism of poly(phthalazinone ether)s amphoteric ion exchange membranes microstructure will be studied. The relationship between main chain structure of membrane material, kinds and content of ion groups, morphology of ion exchange membranes and properties of amphoteric ion exchange membranes will be investigated. The relationship between structure of membrane material, morphology of amphoteric ion exchange membranes and VRB single cell properties of membranes will be understood, which has very important theoretical and practical application value on the design and preparation of novel ion exchange membranes for VRB applications with high selectivity, high conductivity and high chemical stability.
全钒液流电池是一种高效电能储存装置。离子交换膜是全钒液流电池的关键部件之一,其性能决定了全钒液流电池的使用寿命和能量效率。目前,全钒液流电池用膜材料仍较少,而且单一的阳离子交换膜或阴离子交换膜较难完全满足其使用需求,限制了全钒液流电池的商业化推广应用。本项目从分子结构设计出发,合成系列含甲基杂萘联苯共聚芳醚,研究其甲基单溴化反应,制备含溴甲基杂萘联苯共聚芳醚;以含溴甲基杂萘联苯共聚芳醚和磺化杂萘联苯聚芳醚为膜材料,采用溶液法制备共混基膜,经季铵化、酸化,制备既含有季铵基团又含有磺酸基团的杂环聚芳醚两性离子交换膜。研究杂环聚芳醚两性膜微观结构的调控机制;研究膜材料主链结构和离子基团的种类、数量以及膜的微观结构等与两性膜性能的关系;揭示膜材料结构、两性膜微观结构与全钒液流电池性能的关系,对新型高选择性、高离子传导率、高稳定性全钒液流电池用离子交换膜的设计及制备具有重要的理论意义和实际应用价值。

结项摘要

本项目从分子结构设计出发,合成了系列含甲基杂萘联苯共聚芳醚,研究其甲基单溴化反应,优化工艺条件,制备了含溴甲基杂萘联苯共聚芳醚,通过调节含甲基杂萘联苯共聚芳醚的甲基含量实现了含溴甲基杂萘联苯聚芳醚溴甲基含量的控制;以含溴甲基杂萘联苯共聚芳醚和磺化杂萘联苯聚芳醚为膜材料,采用溶液法制备了杂萘联苯聚芳醚共混基膜,对基膜的结构进行了表征,EDX能谱表明基膜中S和Br元素分布均匀,说明含溴甲基杂萘联苯共聚芳醚和磺化杂萘联苯聚芳醚具有较好的相容性。经过对基膜进行季铵化、酸化处理,制备了既含有季铵基团又含有磺酸基团的杂萘联苯聚芳醚两性离子交换膜。考察了含溴甲基杂萘联苯共聚芳醚与磺化杂萘联苯聚芳醚共混比例、基团含量、溶剂蒸发温度、溶剂蒸发时间、季铵化反应温度等对两性离子交换膜结构和性能的影响。研究了杂萘联苯聚芳醚两性膜微观结构的调控机制;研究了膜材料链结构和离子基团的种类、数量以及膜的微观结构等与两性膜性能的关系;考察了含溴甲基杂萘联苯共聚芳醚与磺化杂萘联苯聚芳醚共混比例、基团含量、制膜工艺条件等对所组装钒电池单电池性能的影响,揭示了膜材料结构、两性膜微观结构与全钒液流电池性能的关系。随着含溴甲基杂萘联苯共聚芳醚中溴甲基含量增加或磺化杂萘联苯聚芳醚的磺酸基含量增加,两性离子交换膜的面电阻降低,离子传导性提高,但是稳定性略有下降。杂萘联苯聚芳醚两性离子交换膜组装钒电池的库伦效率高于Nafion115膜,能量效率可以达到90.6%,水迁移远低于Nafion115膜,表现出较好的稳定性和电池性能。杂萘联苯聚芳醚两性离子交换膜在一定程度上改善了单一型离子交换膜的性能,对新型高选择性、高离子传导率、高稳定性全钒液流电池用离子交换膜的设计及制备具有重要的理论意义。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(16)
专利数量(0)
磺化侧苯基杂萘联苯聚醚酮酮的合成与性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    高等学校化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张守海;姜懿文;陈丽云;蹇锡高
  • 通讯作者:
    蹇锡高
Poly(phthalazinone ether ketone ketone) anion exchange membranes with pyridinium as ion exchange groups for vanadium redox flow battery applications
用于钒氧化还原液流电池应用的以吡啶作为离子交换基团的聚(二氮杂萘酮醚酮酮)阴离子交换膜
  • DOI:
    10.1039/c3ta11541k
  • 发表时间:
    2013-09
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Zhang, Shouhai;Zhang, Bengui;Xing, Dongbo;Jian, Xigao
  • 通讯作者:
    Jian, Xigao
Anion exchange membranes from brominated poly(aryl ether ketone) containing 3,5-dimethyl phthalazinone moieties for vanadium redox flow batteries
用于钒氧化还原液流电池的含有 3,5-二甲基酞嗪酮部分的溴化聚芳醚酮阴离子交换膜
  • DOI:
    10.1039/c3ta14503d
  • 发表时间:
    2014-02
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Zhang, Shouhai;Zhang, Bengui;Zhao, Guangfang;Jian, Xigao
  • 通讯作者:
    Jian, Xigao
Preparation and characterization of sulfonated poly(aryl ether ketone)s containing 3,5-diphenyl phthalazinone moieties for proton exchange membrane
质子交换膜用3,5-二苯基酞嗪酮磺化聚芳醚酮的制备及表征
  • DOI:
    10.1039/c6ra14848d
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Rsc Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chen Liyun;Zhang Shouhai;Jiang Yiwen;Jian Xigao
  • 通讯作者:
    Jian Xigao

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其他文献

氮杂环单体的分子结构对共聚芳醚酮酮性能的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
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液流电池用季铵化聚醚砜阴离子交换膜材料的研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    邢东博
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  • DOI:
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    --
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王璠
邻苯二甲腈树脂分子结构及性能调控工作进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • DOI:
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  • 期刊:
    电源技术
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    尹春香

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

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前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
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技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
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          F --> G[IFN-β表达水平测定]
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          H --> I[数据收集与分析]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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