Ny ionbyttermembran forbedrer ydeevnen af ​​vanadium redox flow batterier

Vanadium redox flow-batteriet (VRFB) er et lovende bæredygtigt energilagringssystem. I en VRFB-celle bruges en ionbyttermembran (IEM) til at forhindre dannelse af en katode/anode-kortslutning og undgå elektrolytkrydsning og sidereaktioner, samtidig med at protonledning tillader at holde cellen elektrisk neutral.

Til dato er den perfluorerede sulfonsyre-membran (PFSA) den mest anvendte IEM for VRFB'er. Alvorlig vanadiumiongennemtrængning af PFSA-membranen vil dog forkorte cellens levetid og forårsage utilfredsstillende celleydelse.

Et forskerhold ledet af Prof. Li Huiyun, Prof. Yu Shuhui og Dr. Ye Jiaye fra Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) ved det kinesiske videnskabsakademi har udviklet en hybridmembran baseret på todimensionelle nanohybride materialer, som kan forbedre ydeevnen af ​​VRFB'er.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Advanced Functional Materials den 9. november

I den nyudviklede membran blev grafenoxid (GO) nanoark indlejret i PFSA-matrixen for at fungere som en "barriere" for at reducere vanadiumiongennemtrængning. Wolframtrioxidet (WO₃ ) nanopartikler blev in-situ dyrket på overfladen af ​​GO nanosheets for at overvinde den elektrostatiske effekt og øge hydrofiliciteten og dispergerbarheden af ​​GO nanosheets.

"Disse hydrofile wolframtrioxid-nanopartikler på GO-nanoarkoverflader tjener som protonaktive steder for at lette protontransport," sagde Dr. Ye Jiaye, den første forfatter til undersøgelsen.

Det porøse polytetrafluorethylen (PTFE) tynde lag blev anbragt i midten af ​​membranen som et forstærket lag, der forbedrede membranstabiliteten.

Under den synergetiske effekt af WO₃ @GO og PTFE-laget udviste hybridmembranen høj ionselektivitet. VRFB-enkeltcellen med den optimerede hybridmembran leverede højere Coulombic-effektivitet og energieffektivitet sammenlignet med den kommercielle Nafion-membran.

I deres tidligere undersøgelse offentliggjort i Chemical Engineering Journal, dette forskerhold udviklede en sandwichstruktur sammensat membran baseret på endimensionelle funktionaliserede siliciumcarbid nanotråde.

Forskerne introducerede funktionaliserede siliciumcarbid nanotråde i en perfluorineret sulfonsyre (PFSA) matrix og lagde et ultratyndt porøst polytetrafluorethylen lag.

Denne hybridmembran bevarer ikke kun god protonledningsevne, men reducerer også effektivt indtrængning af vanadiumioner og forbedrer dermed VRFB-cellens ydeevne.

Disse undersøgelser giver en forberedelsesstrategi til at designe højtydende IEM'er til VRFB'er baseret på endimensionelle og todimensionale modificerede materialer, som kan udvides til andre områder, herunder vandbehandling og brændselsceller. + Udforsk yderligere

Forskere gør gennembrud inden for ionledende kompositmembraner