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儲能系統。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交叉和副反應，同時允許質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。

深圳先進技術研究院李慧云教授、于樹輝教授和葉家業博士領導的研究團隊開發了一種基于二維納米雜化材料的雜化膜提高 VRFB 的性能。

該研究于 11 月 9 日發表在Advanced Functional Materials上。

在新開發的膜中，氧化石墨烯 (GO) 納米片嵌入 PFSA 基質中，作為減少釩離子滲透的“屏障”。三氧化鎢(WO 3)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子活性位點，促進質子傳輸，”該研究的第一作者葉家業博士說。

多孔聚四氟乙烯 (PTFE)薄層夾在膜中間作為增強層，增強了膜的穩定性。

在WO 3 @GO和PTFE層的協同作用下，混合膜表現出高離子選擇性。與商用 Nafion 膜相比，具有優化混合膜的 VRFB 單電池具有更高的庫侖效率和能量效率。

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

研究人員在全氟磺酸 (PFSA) 基質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。

這種混合膜不僅保持了良好的質子傳導性，而且有效地減少了釩離子的滲透，從而提高了 VRFB 電池的性能。

這些研究為基于一維和二維改性材料設計用于 VRFB 的高性能 IEM 提供了制備策略，該策略可以擴展到包括水處理和燃料電池在內的其他領域。