釩氧化還原液流電池(VRFB)是一種很有前途的可持續(xù)儲(chǔ)能系統(tǒng)。在 VRFB 電池中，離子交換膜 (IEM) 用于防止形成陰極/陽(yáng)極短路并避免電解質(zhì)交叉和副反應(yīng)，同時(shí)允許質(zhì)子傳導(dǎo)以保持電池電中性。
迄今為止，全氟磺酸 (PFSA) 膜是 VRFB 應(yīng)用最廣泛的 IEM。然而，PFSA膜的嚴(yán)重釩離子滲透會(huì)縮短電池壽命并導(dǎo)致電池性能不理想。
由中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院李慧云教授、于樹(shù)輝教授和葉家業(yè)博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開(kāi)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(kāi)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(zhǎng)以克服靜電效應(yīng)并增強(qiáng)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(diǎn)，促進(jìn)質(zhì)子傳輸，”該研究的第一作者葉佳業(yè)博士說(shuō)。
多孔聚四氟乙烯 (PTFE) 薄層夾在膜中間作為增強(qiáng)層，增強(qiáng)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(kù)侖效率和能量效率。
在他們之前發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》上的研究中，該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(fù)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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