非氟多孔离子传导膜使高性能电池并不遥远

近日,我所储能技术研究部(DNL17)张华民、李先锋研究员领导的研究团队在液流电池非氟多孔离子传导膜研究方面取得新进展,研究成果以通讯形式在线发表于《德国应用化学》上。

该研究团队突破了传统的“离子交换传递”机理的束缚,原创性地提出了不含离子交换基团的“离子筛分传导”概念W020160223612440438808(Energy Environ. Sci. 2011, 4,1676),将多孔离子传导隔膜引入到液流电池。并在此基础上围绕高性能多孔离子传导膜结构设计,开展了大量研究工作,取得了系列进展。

在液流电池用多孔离子传导膜研究中,最大的难题在于其离子传输机理的研究。传统相转化所制备的多孔膜材料为一般为非对称结构,孔曲度高、贯通性较差,很难直接验证“离子筛分传导”机理。因此,如何精确地制备出孔径介于质子半径(<0.24nm)和钒离子半径(>0.6nm)之间,并具有贯通结构离子传导膜非常关键。ZSM-35是一种具有FER骨架结构的分子筛,它拥有垂直交叉的二维孔道结构,孔径(0.35nm至0.54nm)介于质子半径和钒离子半径之间。为此,该研究团队成功将其引入到多孔膜结构中,实现了对钒离子和质子的精确筛分。采用所制备的膜所组装的单电池在200mA/cm2充放电条件下,能量效率超过81%。该工作对于高性能多孔离子传导膜的开发具有重要的指导意义。

该研究工作得到了国家自然科学基金委、中科院卓越青年科学家、教育部能源材料化学协同创新中心等相关项目资助。(文/图 袁治章)

论文链接:Angew. Chem. Int. Ed. 55, 2016, 3058-3062

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