近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院深圳先進集成技術(shù)研究所汽車電子研究中心研究員李慧云團隊開發(fā)新型離子交換膜，顯著提升了液流電池的循環(huán)性能與能量效率。相關(guān)研究成果以In Situ Grown Tungsten Trioxide Nanoparticles on Graphene Oxide Nanosheet to Regulate Ion Selectivity of Membrane for High Performance Vanadium Redox Flow Battery為題，在線發(fā)表在Advanced Functional Materials上。
 
　　發(fā)展利用綠色能源是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要道路。風(fēng)能、太陽具有不連續(xù)、不穩(wěn)定等特點，需要配套大型儲能系統(tǒng)使用。液流電池是一種頗具發(fā)展?jié)摿Φ拇笠?guī)模能源存儲系統(tǒng)。全釩液流電池(VRFB)具有獨立的功率和容量、高可靠性和靈活性，是頗有前途的液流電池之一。在液流電池中，離子交換膜用于防止陰極/陽極短路、避免電解質(zhì)交叉和副反應(yīng)發(fā)生，同時允許質(zhì)子傳導(dǎo)而保持電池電中性。迄今為止，全氟磺酸(PFSA)膜是VRFB中應(yīng)用廣泛的離子交換膜。由于PFSA膜的釩離子滲透性嚴重，導(dǎo)致電池壽命短和性能不理想，阻礙了VRFB進一步應(yīng)用和發(fā)展。
 
　　鑒于此，該團隊在前期工作——維功能化碳化硅納米線復(fù)合膜(Chemical Engineering Journal，2022, 427, 131413)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種基于二維納米雜化材料和聚四氟乙烯增強層的PFSA復(fù)合膜，即在氧化石墨烯納米片表面原位生長三氧化鎢納米顆粒作為填料協(xié)同聚四氟乙烯增強層對PFSA進行改性的復(fù)合膜。結(jié)果表明，該復(fù)合膜具有低釩離子滲透率、良好的質(zhì)子傳導(dǎo)率、高離子選擇性、優(yōu)異的機械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點。在120 mA cm-2電流密度下，采用該復(fù)合膜的VRFB表現(xiàn)出良好的庫倫效率(高于98%)和能量效率(高達88.9%)，容量保持率遠高于商業(yè)化的Nafion 212膜。

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