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科研人員制備 高性能液流電池用超薄聚合物膜材料
文章來源:新能源網     更新時間:2025-07-04 15:19:23
科技日報訊 (記者張蘊)記者6月30日從中國科學院大連化學物理研究所獲悉,該所研究員李先鋒、項目研究員魯文靜等與中國科學技術大學研究員張宏俊合作,在液流電池用離子選擇性膜研究中取得新進展。研究團隊制備出厚度僅3微米的高穩定性超薄聚合物膜材料,將全釩液流電池的工作電流密度提升至300毫安/平方厘米。相關論文發表于《自然·化學工程》。

  聚合物離子選擇性膜因成本低、易于規模化制備等優勢,是目前市場主流的液流電池膜材料。然而,傳統方法制備的聚合物膜通常具有不規則無序孔結構,難以實現液流電池活性物質和載流子的精確篩分。

  為解決上述問題,研究團隊提出了一種界面交聯新策略,通過將聚合物交聯反應限制在有限的界面空間內,制備出由納米級分離層和支撐層組成的超薄聚合物膜。測試結果表明,分離層中穩健的共價交聯網絡結構提高了膜的機械穩定性,即便是在膜厚度降低至3微米條件下,也展現出良好機械強度。

  研究還發現,該膜材料分離層的孔徑分布在1.8埃至5.4埃之間,與具有規整孔道結構的無機納米多孔材料相似。這種孔徑分布恰好位于液流電池活性物質和載流子的尺寸之間,實現了對活性物質的精確篩分和對載流子的快速傳導。同時,納米級分離層及膜整體厚度的降低進一步減少了離子傳輸阻力,使超薄膜在寬pH范圍內均表現出超低的面電阻和活性物質滲透系數。

  為驗證其應用可行性,研究團隊將該膜材料應用于全釩液流單電池,在300毫安/平方厘米的高電流密度下,電池的能量效率超過80%。此外,該超薄膜還可以應用于堿性鋅鐵液流電池和水系有機液流電池,并在高電流密度下展現出優異性能。通過改變交聯劑的類型,團隊進一步驗證了界面交聯策略的普適性。

  該研究為設計具有高機械穩定性、超低面電阻和活性物質滲透系數的超薄膜提供了新思路,有助于提升多種水系液流電池的工作電流密度和功率密度。

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