專利名稱：一種質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及釩電池領域，具體為ー種釩電池所用質子交換膜釩(IV )離子滲透率的測試方法和裝置。
背景技術：
開發風能、太陽能等新能源是解決能源資源短缺的重要途徑，代表著能源未來發展的方向。但受制于時間和地域依賴性，離網的風能、太陽能發電必須使用儲能系統，否則很難全天候利用；而直接并網也必須采用儲能系統對電網進行調峰和調頻，否則會對電網功率和頻率帶來較大的沖擊。因此，高效、大規模的能量存儲技術就成為其發展應用的關鍵核心。I凡電池(I凡氧化還原液流電池/Vanadium redox flow battery)是基于V02+/V02+與V2+/V3+電對的液流儲能電池技術，能量存儲于電解液中。與傳統的蓄電池相比，釩電池可 大電流快速充放電、自放電率低，實現能量的大容量存儲，是滿足智能電網以及風能、太陽能發電對大規模儲能需求的理想儲能形式。我國豐富的釩資源優勢也為發展釩電池儲能技術提供了條件。釩電池在國內外的研究和應用已經取得了長足的進步和發展，一批示范工程也已經建立并穩定運行，顯示了良好的應用前景。隔膜(質子交換膜)是釩電池的關鍵材料與重要組件之一，既是電解質離子的導電傳輸通道，又起到分隔正負極、防止電池短路的作用。因此，隔膜在很大程度上決定著釩電池的庫侖效率、能量效率以及循環壽命。ー種良好的質子交換膜應具備良好的化學穩定性、耐電化學氧化性、低成本低、以及低釩離子滲透性。其中，釩離子滲透性是評價隔膜性能的重要因素之一，因為全釩液流電池中正負半電池電解液中不同價態的釩離子相互擴散，交叉污染所引起的自放電是電池能量損失的主要原因。是評估電池綜合電化學性能的必要因素，它直接影響電池的電流效率和能量效率。但目前對釩離子滲透性的測試多是采用靜止或用磁力器攪拌左右兩側的溶液，盡管磁力器攪拌相對于靜止方法來說，膜兩側離子擴散極化層厚度有所減小，但膜液界面滯留層的厚度仍然很大。因此，要更大程度的減小或消除膜兩側離子擴散極化層，提供準確測試釩離子在離子交換膜中的滲透性的方法是非常必要的。

發明內容
本發明的目的在于針對上述測量方法中出現的測試過程中膜兩側存在厚度較大離子擴散極化層的現象，提供了一種釩電池所用質子交換膜釩(IV)離子滲透率的測試方法和裝置，此方法具有結構簡單、操作方便、能更大程度的減小或消除膜兩側離子擴散極化層，減小誤差，提高測量精度，并準確測量釩(IV)離子滲透率。本發明的技術方案是一種質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法，采用進出液方向垂直隔膜液流方式進行測試，測試采用兩個半池進行右半池中為釩IV離子溶液，左半池中為MgSO4溶液，中間以待測隔膜隔開，兩個半池中的溶液分別在外接泵的作用下，分別從流液框的正面進液ロ垂直于隔膜流入，再分別從進液ロ兩側的出液ロ垂直隔膜流出，進行循環流動，利用紫外分光光度計測左半池中釩離子IV的濃度。所述的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法，右半池中釩IV離子的起始濃度為 I. 5mol/LV0S04+2mol/LH2S04，體積為 150ml。所述的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法，左半池中起始濃度為
I.5mol/LMgS04+2mol/LH2S04，體積為 150ml。所述的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法，根據穩態原則，左半池中釩離子的濃度隨時間t的變化關系式如下
權利要求
1.一種質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法，其特征在于，采用進出液方向垂直隔膜液流方式進行測試，測試采用兩個半池進行右半池中為釩IV離子溶液，左半池中為MgSO4溶液，中間以待測隔膜隔開，兩個半池中的溶液分別在外接泵的作用下，分別從流液框的正面進液口垂直于隔膜流入，再分別從進液口兩側的出液口垂直隔膜流出，進行循環流動，利用紫外分光光度計測左半池中釩離子IV的濃度。
2.按照權利要求I所述的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法，其特征在于，右半池中釩IV離子的起始濃度為I. 5mol/LV0S04+2mol/LH2S04，體積為150ml。
3.按照權利要求I所述的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法，其特征在于，左半池中起始濃度為I. 5mol/LMgS04+2mol/LH2S04，體積為150ml。
4.按照權利要求I所述的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法，其特征在于，根據穩態原則，左半池中釩離子的濃度隨時間t的變化關系式如下 其中，V表示左、右半池所裝溶液的原始體積；A和L分別指隔膜的有效面積和厚度；P指釩IV離子的滲透率；CK指右半池中釩離子的起始濃度指左半池中釩IV離子的濃度；由所述關系式，確定釩IV離子滲透率。
5.按照權利要求I所述的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法，其特征在于，采用可旋緊的夾子夾在膠管上，通過旋緊程度調控不同流速，并進行流量的標定，使左右半池的流量一致。
6.按照權利要求I所述的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試方法，其特征在于，兩個半池中的溶液流量標定為240ml/min。
7.一種用于權利要求I所述測試方法的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試裝置，其特征在于，該測試裝置主要包括隔膜、左液流框、左夾板、左液流框出液口、左液流框進液口、右流液框、右夾板、右流液框出液口、右流液框進液口，隔膜的兩側分別設置左流液框、右流液框，左流液框的外側設置與隔膜垂直的左液流框出液口、左液流框進液口，右流液框的外側設置與隔膜垂直的右流液框出液口、右流液框進液口，左流液框的外側設置左夾板，右流液框的外側設置右夾板。
8.按照權利要求7所述的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試裝置，其特征在于，左液流框進液口的兩側分別設置左液流框出液口，右流液框進液口的兩側分別設置右流液框出液口。
9.按照權利要求7所述的質子交換膜釩四價釩離子滲透率的測試裝置，其特征在于，左流液框和右流液框相對面上分別設有開口 左流液框開口、右流液框開口，隔膜兩面分別放有膠墊左膠墊、右膠墊，左流液框、右流液框之間通過隔膜和膠墊隔開，左流液框、右流液框之間的開口通過隔膜隔開，隔膜、左流液框、右流液框通過左夾板和右夾板夾緊。
全文摘要
本發明涉及釩電池領域，具體為一種釩電池所用質子交換膜釩(Ⅳ)離子滲透率的測試方法和裝置。采用進出液方向垂直隔膜液流方式進行測試，測試采用兩個半池進行右半池中為釩IV離子溶液，左半池中為MgSO4溶液，中間以待測隔膜隔開，兩個半池中的溶液分別在外接泵的作用下，分別從流液框的正面進液口垂直于隔膜流入，再分別從進液口兩側的出液口垂直隔膜流出，進行循環流動，利用紫外分光光度計測左半池中釩離子IV的濃度。該測試裝置主要包括隔膜、左液流框、左夾板、左液流框出液口、左液流框進液口、右流液框、右夾板、右流液框出液口、右流液框進液口。采用本發明可以準確的對釩(Ⅳ)離子滲透率進行測試，并且結構簡單，易于加工，拆裝方便，密封性好。
文檔編號G01N15/08GK102854120SQ20121033094
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月9日 優先權日2012年9月9日
發明者趙麗娜, 趙煥, 劉建國, 嚴川偉 申請人:中國科學院金屬研究所