Ванадиевый проточный окислительно-восстановительный аккумулятор (VRFB) представляет собой потенциально устойчивую систему хранения энергии. Ионообменная мембрана (IEM), используемая в элементе VRFB, предотвращает короткое замыкание катода или анода и предотвращает переход электролита и побочные реакции. Мембрана обеспечивает протонную проводимость, чтобы поддерживать электрическую нейтральность клетки.

Наиболее широко применяемым ИЭМ для VRFB до сих пор является мембрана из перфторированной сульфоновой кислоты (PFSA). Однако сильное проникновение ионов ванадия через мембрану PFSA сокращает срок службы клетки и приводит к неудовлетворительной работе клетки.

Исследовательская группа, возглавляемая профессором Хуэйюнь Ли, профессором Шухуэй Ю и доктором Цзяе Е из Шэньчжэньского института передовых технологий (SIAT) Китайской академии наук, разработала гибридную мембрану, основанную на двумерных наногибридных материалах. которые могут повысить производительность VRFB.

Исследование было опубликовано в Advanced Functional Materials 9 ноября 2021.

В недавно разработанной мембране нанолисты оксида графена (GO) были встроены в матрицу PFSA, чтобы служить «барьером» для уменьшения проникновения ионов ванадия. Наночастицы триоксида вольфрама (WO ₃ ) были выращены in situ на поверхности нанолистов GO, чтобы преодолеть электростатический эффект и улучшить диспергируемость и гидрофильность нанолистов GO.

Эти гидрофильные наночастицы триоксида вольфрама на поверхности нанолистов GO служат в качестве активных центров протонов для облегчения транспортировки протонов .

Д-р. Цзяе Е, первый автор исследования, Шэньчжэньский институт передовых технологий Китайской академии наук

Тонкий слой пористого политетрафторэтилена (ПТФЭ) был вклинен в середине мембраны в качестве усиленного слоя, улучшающего стабильность мембраны.

Гибридная мембрана показала высокую ионную селективность под синергетическим эффектом WO ₃ @GO и слоя ПТФЭ. Одиночная ячейка VRFB с улучшенной гибридной мембраной обеспечивает энергоэффективность и большую кулоновскую эффективность, чем у коммерческой мембраны Nafion.

В своем раннем исследовании, опубликованном в Chemical Engineering Journal эта исследовательская группа предложила композитную мембрану с многослойной структурой на основе одномерных функционализированных нанопроволок карбида кремния.

Ученые инициировали функционализированные нанопроволоки карбида кремния в матрице перфторированной сульфоновой кислоты (PFSA) и установили ультратонкий пористый слой политетрафторэтилена. Эта гибридная мембрана не только сохраняет хорошую протонную проводимость, но и эффективно снижает проникновение ионов ванадия. Это помогает повысить производительность ячейки VRFB.

Такие исследования предлагают подготовительную стратегию для разработки высокоэффективных IEM для VRFB в зависимости от одномерных и двумерных модифицированных материалов. Это может быть распространено на другие области, такие как топливные элементы и водоочистка.

Ссылка на журнал:

Ye, J., и др. . (2021) Наночастицы триоксида вольфрама, выращенные на месте, на нанолисте оксида графена для регулирования ионной селективности мембраны для высокоэффективной проточной батареи окислительно-восстановительного потенциала ванадия. Современные функциональные материалы . doi.org/10.1002/adfm.202109427.

Источник: https://english.cas.cn/[19459009visible