科研人员制备高性能液流电池用超薄聚合物膜材料
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2025-07-03 17:36:13
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转自:中国电力新闻网

  记者6月30日从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所研究员李先锋、项目研究员鲁文静等与中国科学技术大学研究员张宏俊合作,在液流电池用离子选择性膜研究中取得新进展。研究团队制备出厚度仅3微米的高稳定性超薄聚合物膜材料,将全钒液流电池的工作电流密度提升至300毫安/平方厘米。相关论文发表于《自然·化学工程》。

  聚合物离子选择性膜因成本低、易于规模化制备等优势,是目前市场主流的液流电池膜材料。然而,传统方法制备的聚合物膜通常具有不规则无序孔结构,难以实现液流电池活性物质和载流子的精确筛分。

  为解决上述问题,研究团队提出了一种界面交联新策略,通过将聚合物交联反应限制在有限的界面空间内,制备出由纳米级分离层和支撑层组成的超薄聚合物膜。测试结果表明,分离层中稳健的共价交联网络结构提高了膜的机械稳定性,即便是在膜厚度降低至3微米条件下,也展现出良好机械强度。

  研究还发现,该膜材料分离层的孔径分布在1.8埃至5.4埃之间,与具有规整孔道结构的无机纳米多孔材料相似。这种孔径分布恰好位于液流电池活性物质和载流子的尺寸之间,实现了对活性物质的精确筛分和对载流子的快速传导。同时,纳米级分离层及膜整体厚度的降低进一步减少了离子传输阻力,使超薄膜在宽pH范围内均表现出超低的面电阻和活性物质渗透系数。

  为验证其应用可行性,研究团队将该膜材料应用于全钒液流单电池,在300毫安/平方厘米的高电流密度下,电池的能量效率超过80%。此外,该超薄膜还可以应用于碱性锌铁液流电池和水系有机液流电池,并在高电流密度下展现出优异性能。通过改变交联剂的类型,团队进一步验证了界面交联策略的普适性。

  该研究为设计具有高机械稳定性、超低面电阻和活性物质渗透系数的超薄膜提供了新思路,有助于提升多种水系液流电池的工作电流密度和功率密度。(张蕴)

责任编辑:于彤彤

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