Forskere gør gennembrud inden for ionledende kompositmembraner

Kinesiske forskere under ledelse af Profs. Li Xianfeng og Zhang Huamin fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) fra det kinesiske videnskabsakademi udviklede for nylig en ultratynd ionledende membran med høj selektivitet og ledningsevne, der kan booste strømningsbatteriernes kraft. Undersøgelsen blev offentliggjort i Naturkommunikation .

Membraner er nøglekomponenter i flowbatterier. De adskiller reaktive materialer i de negative og positive kamre, mens de tillader overførsel af ioner over membranen på samme tid. Effektiviteten af ​​flowbatterier afhænger i høj grad af ionselektiviteten og ledningsevnen af ​​disse membraner.

Baseret på deres tidligere undersøgelse ( Environ. Sci. , 2011, 4, 1676), Li's gruppe fandt ud af, at hovedudfordringen for ionledende membraner er "afvejningen" mellem ionselektivitet og ledningsevne. Porøse membraner ved brug af den traditionelle faseinversionsmetode havde snoede og dårligt forbundne porer, hvilket resulterer i lav ionledningsevne.

I modsætning, kompositmembraner har separat indstillede selektive lag understøttet på substrater. "En kompositmembran med et meget tyndt selektivt lag og et stærkt ledende substrat overvinder forhåbentlig afvejningen mellem ionselektivitet og ledningsevne og forbedrer strømningsbatteriets ydeevne yderligere, " sagde prof. Li.

Til denne ende, forskerne brugte grænsefladepolymerisation til at fremstille en tyndfilmskompositmembran. Denne membran har et ultratyndt tværbundet polyamid-selektivt lag og et stærkt ledende støttelag. Det ultratynde selektive lag er kun 180 nm tykt. Det tilbyder en meget kort ionoverførselsvej og har meget lav områdemodstand.

Det tværbundne polyamid har frit volumen mellem størrelsen af ​​hydronium og hydratiserede vanadiumioner. Vanadium ioner, på grund af deres størrelse, er meget modstandsdygtige over for crossover, hvilket giver membranen høj ionselektivitet.

Flow-batterier med en tyndfilmskompositmembran kunne fungere ved højere strømtæthed. Dette ville tillade brugen af ​​en mindre batteristabel til at generere højere strøm og reduktion i omkostningerne til batteristakke.

Protonoverførselsmekanismen i polyamidselektive lag kan forstås yderligere ved at bruge Grotthuss-mekanismen til at lave teoretiske beregninger af protonoverførsler langs vandkæder og carboxylgrupper. Resultater giver nye ideer til at designe avancerede ion-selektive membraner, der også kan anvendes til flow-batterier.