新型離子交換膜提高釩氧化還原液流電池性能

釩氧化還原液流電池(VRFB)是一種很有前途的可持續(xù)儲能系統(tǒng)。在 VRFB 電池中，離子交換膜 (IEM) 用于防止形成陰極/陽極短路并避免電解質(zhì)交叉和副反應，同時允許質(zhì)子傳導以保持電池電中性。

迄今為止，全氟磺酸 (PFSA) 膜是 VRFB 應用最廣泛的 IEM。然而，PFSA膜的嚴重釩離子滲透會縮短電池壽命并導致電池性能不理想。

由中國科學院深圳先進技術(shù)研究院李慧云教授、于樹輝教授和葉家業(yè)博士領(lǐng)導的研究小組開發(fā)了一種基于二維納米雜化材料的雜化膜。提高 VRFB 的性能。

在新開發(fā)的膜中，氧化石墨烯 (GO) 納米片嵌入 PFSA 基質(zhì)中，作為減少釩離子滲透的“屏障”。三氧化鎢(WO3)納米顆粒在GO納米片表面原位生長以克服靜電效應并增強GO納米片的親水性和分散性。

“GO納米片表面上的這些親水性三氧化鎢納米粒子作為質(zhì)子活性位點，促進質(zhì)子傳輸，”該研究的第一作者葉佳業(yè)博士說。

多孔聚四氟乙烯 (PTFE) 薄層夾在膜中間作為增強層，增強了膜的穩(wěn)定性。

在WO3@GO和PTFE層的協(xié)同作用下，混合膜表現(xiàn)出高離子選擇性。與商用 Nafion 膜相比，具有優(yōu)化混合膜的 VRFB 單電池具有更高的庫侖效率和能量效率。

在他們之前發(fā)表在《化學工程雜志》上的研究中，該研究團隊開發(fā)了一種基于一維功能化碳化硅納米線的夾層結(jié)構(gòu)復合膜。

研究人員在全氟磺酸 (PFSA) 基質(zhì)中引入了功能化碳化硅納米線，并夾在超薄多孔聚四氟乙烯層之間。

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