质子传导膜内受限空间离子扩散过程.pdfVIP

第 64卷 第 2期 化 工 学 报 Vo1．64 No．2 2013年 2月 CIESC Journa1 February 2013 质子传导膜 内受限空间离子扩散过程 青格乐 图，宋士强，范永生，王保 国 (清华大学化学工程系，化学工程联合 国家重点实验室，北京 10O084) 摘要：以具有纳米尺度孔径的聚偏氟乙烯 (PVDF)质子传导膜为对象，研究电解质溶液中水合离子在受限空间 内的传递行为，证明使用纳米尺度多孔膜代替离子交换膜用于液流电池过程的可行性。利用渗透实验分别研究 浓度场、压力场，以及不同渗透压条件下膜中离子扩散和水迁移现象 ，分析传质行为与膜结构和组成之间的关 系 。结果表 明离子在纳米尺度孔径 的PVDF膜 中的扩散过程与溶液 中类似 ，表观离子扩散系数不受浓度差推动 力的影响；离子交换膜 中的表观离子扩散系数随浓度差推动力提高而增加 。在渗透压作用下， 自制 PVDF纳米 孔膜的水迁移速率低于 Nation117膜 ，水迁移带来 的负面影响更小；对于 H ／vo 的离子选择系数超过 300， 有效透过 H 而阻止 V0 ，适用于全钒液流电池过程 。 关键词 ：全钒液流 电池 ；质子传导 ；离子扩散系数 ；受限空间；膜结构 DOI：10．3969／j．issn．0438—1157．2013．02．038 中图分类号：TQ 150．1 文献标志码 ：A 文章编号：0438一l157(2013)02—0689—07 Iondiffusionbehaviorsthroughporousprotonconductivemembrane QINGGeletu，SONGShiqiang，FANYongsheng，WANGBaoguo (StateKeyLaboratoryofChemicalEngineering，DepartmentofChemicalEngineering， TsinghuaUniversity，Beijing100084，China) Abstract：Toprovethefeasibilitythatnano—scaleporousmembranecan replaceion exchangemembrane used forvanadium redox flow battery (VRB)，masstransferofhydrated—ion in electrolytesolution through alimitedspaceformedbyPVDFnano—porousprotonconductivemembraneswasstudied．Onaself- designediondiffusioncell，NaC1andwaterpermeationprocessesweremeasuredundergivenconcentration andhydrodynamicgradient，aswellasosmoticpressure．Theresultsobtained can beapplied tocorrelate masstransportbehaviorswithmembranemorphology．Theresultsshow thatthebehaviorofion diffusion through nano—scale limited space is similar to thatin abulk electrolyte solution；apparent diffusion coefficients are independent of ion concentration．In contrast， apparent diffusion coefficients of ion permeation through ion