Strukturen och morfologin för WO3 @GO nanohybrid. Kredit:SIAT
Vanadium redox flödesbatteriet (VRFB) är ett lovande hållbart energilagringssystem. I en VRFB-cell används ett jonbytarmembran (IEM) för att förhindra bildandet av en katod/anod-kortslutning och undvika elektrolytkorsning och sidoreaktioner, samtidigt som protonledning tillåter att hålla cellen elektriskt neutral.
Hittills är det perfluorerade sulfonsyramembranet (PFSA) det mest använda IEM för VRFB. Emellertid kommer allvarlig vanadinjongenomträngning av PFSA-membranet att förkorta cellens livslängd och orsaka otillfredsställande cellprestanda.
En forskargrupp ledd av Prof. Li Huiyun, Prof. Yu Shuhui och Dr. Ye Jiaye från Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) vid den kinesiska vetenskapsakademin har utvecklat ett hybridmembran baserat på tvådimensionella nanohybridmaterial, som kan förbättra prestandan för VRFB:er.
Studien publicerades i Advanced Functional Materials den 9 november.
I det nyutvecklade membranet bäddades grafenoxid (GO) nanoskivor in i PFSA-matrisen för att fungera som en "barriär" för att minska vanadinjonpermeationen. Volframtrioxiden (WO3 ) nanopartiklar odlades in situ på ytan av GO nanosheets för att övervinna den elektrostatiska effekten och förbättra hydrofiliciteten och dispergerbarheten av GO nanosheets.
"Dessa hydrofila nanopartiklar av volframtrioxid på GO nanosheetytor fungerar som protonaktiva platser för att underlätta protontransport", säger Dr. Ye Jiaye, studiens första författare.
Det porösa tunna skiktet av polytetrafluoreten (PTFE) placerades i mitten av membranet som ett förstärkt skikt som förbättrade membranets stabilitet.
Under den synergetiska effekten av WO3 @GO och PTFE-skiktet, hybridmembranet uppvisade hög jonselektivitet. VRFB-enkelcellen med det optimerade hybridmembranet gav högre Coulombic-effektivitet och energieffektivitet jämfört med det kommersiella Nafion-membranet.
I deras tidigare studie publicerad i Chemical Engineering Journal, detta forskarteam utvecklade ett kompositmembran med sandwichstruktur baserat på endimensionella funktionaliserade nanotrådar av kiselkarbid.
Forskarna introducerade funktionaliserade nanotrådar av kiselkarbid i en perfluorerad sulfonsyra (PFSA)-matris och placerade ett ultratunt poröst polytetrafluoretylenskikt.
Detta hybridmembran bibehåller inte bara god protonledningsförmåga utan minskar också effektivt penetrationen av vanadinjoner, vilket förbättrar prestandan hos VRFB-cellen.
Dessa studier ger en förberedelsestrategi för att designa högpresterande IEM för VRFB:er baserade på endimensionella och tvådimensionella modifierade material, som kan utvidgas till andra områden, inklusive vattenrening och bränsleceller. + Utforska vidare
