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质子传导膜内受限空间离子扩散过程
  • ISSN号:0438-1157
  • 期刊名称:化工学报
  • 时间:2013.2.2
  • 页码:689-695
  • 分类:TQ150.1[化学工程—电化学工业]
  • 作者机构:[1]清华大学化学工程系,化学工程联合国家重点实验室,北京100084
  • 相关基金:化学工程联合国家重点实验室2011年自主课题立项支持;国家自然科学基金项目(21076112,21276134);国家重点基础研究发展计划项目(2010CB227202).
  • 相关项目:全钒液流电池的质子传导膜研究
中文摘要:

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^2+的离子选择系数超过300,有效透过H^+而阻止VO^2+,适用于全钒液流电池过程。

英文摘要:

To prove the feasibility that nano-scale porous membrane can replace ion exchange membrane used for vanadium redox flow battery (VRB), mass transfer of hydrated-ion in electrolyte solution through a limited space formed by PVDF nano-porous proton conductive membranes was studied. On a self- designed ion diffusion cell, NaC1 and water permeation processes were measured under given concentration and hydrodynamic gradient, as well as osmotic pressure. The results obtained can be applied to correlate mass transport behaviors with membrane morphology. The results show that the behavior of ion diffusion through nano-scale limited space is similar to that in a bulk electrolyte solution; apparent diffusion coefficients are independent of ion concentration. In contrast, apparent diffusion coefficients of ion permeation through ion exchange membrane obviously increase with concentration gradient. For a given osmotic pressure, PVDF nano-porous proton conductive membranes have smaller water permeation rate than that of Nafion 117, and negative influence is also much smaller. Self-made PVDF proton conductive membrane can effectively reject VO^2+ , providing selectivity over 300 for H^+/VO^2+ electrolyte at ambient temperature, which means that it is possible to replace ion exchange membrane in flow battery application.

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期刊信息
  • 《化工学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国化工学会 化学工业出版社
  • 主编:李静海
  • 地址:北京市东城区青年湖南街13号
  • 邮编:100011
  • 邮箱:hgxb126@126.com
  • 电话:010-64519485
  • 国际标准刊号:ISSN:0438-1157
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1946/TQ
  • 邮发代号:2-370
  • 获奖情况:
  • 中国科协优秀期刊二等奖,化工部科技进步二等奖,北京全优期刊奖,中国期刊方阵“双效”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:35185