中國儲能網(wǎng)訊：中國科學院大連化學物理研究所儲能技術研究部（DNL17）研究員張華民、李先鋒領導的研究團隊在液流電池非氟多孔離子傳導膜研究方面取得系列進展。
該團隊通過研究證實：構建交聯(lián)網(wǎng)絡結構可以有效地提高膜的選擇性和穩(wěn)定性（Advanced Functional Materials, 2015, 25(17): 2583-2589）。同時，將交聯(lián)網(wǎng)絡結構引入到非氟多孔離子傳導膜孔結構中，大幅度提高了非氟多孔離子傳導膜在液流電池運行環(huán)境下的選擇性和穩(wěn)定性，所開發(fā)的膜材料在液流電池環(huán)境下連續(xù)運行超過6000循環(huán)，性能保持穩(wěn)定。相關結果發(fā)表在Advanced Functional Materials上(Advanced Functional Materials, 2016, 26(2), 210-218）。
為了解決非氟多孔離子傳導膜選擇性與導電性的矛盾，進一步提高非氟多孔離子傳導膜的性能，該團隊通過組分和優(yōu)化結構設計，成功地開發(fā)出高選擇性、高導電性、低成本的非氟多孔離子傳導膜；所開發(fā)膜材料組裝的單電池在80mA/cm2充放電條件下，能量效率超過90%，并經(jīng)過10,000余次充放電循環(huán)考察，電池性能無明顯衰減，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。該研究結果被選為封面發(fā)表在Energy & Environmental Science 2016, 9, 441-447，并得到審稿人高度評價。審稿人認為，這是來自液流電池權威研究組具有開拓性的工作，該工作對全釩液流電池的發(fā)展具有長遠的意義。（This is a ground breaking membrane work in the field of VRB from a well-respected group. Their effort and novelty are to be commended, which will have immediate and long-lasting impact for the vanadium redox flow battery technology）。
以上研究成果是該團隊在原創(chuàng)性提出“不含離子交換基團”離子篩分傳導的基礎上取得的新進展。（Energy & Environmental Science 2013, 6, 776; Energy & Environmental Science 2012,5, 6299;Energy & Environmental Science 2011,4, 1147; Energy & Environmental Science 2011 4,1676;ChemsusChem 6 (2013) 328; J. Mater. Chem. A, 2014,2,9524;Chem. Commun 2014, 50, 4596）。
近日，該研究團隊又取得新進展，研究成果以通訊形式在線發(fā)表在《德國應用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed. 55, 2016, 3058-3062）。
該研究團隊突破了傳統(tǒng)的“離子交換傳遞”機理的束縛，原創(chuàng)性地提出了不含離子交換基團的“離子篩分傳導”概念（Energy Environ. Sci. 2011, 4,1676），將多孔離子傳導隔膜引入到液流電池。并在此基礎上圍繞高性能多孔離子傳導膜結構設計，開展了大量研究工作，取得了系列進展。（Energy & Environmental Science, 2016, 9, 441-447，Energy & Environmental Science 2013, 6, 776; Energy & Environmental Science 2012,5, 6299; Energy & Environmental Science 2011,4, 1147; Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 2583; Adv. Funct. Mater. 2016，26，210-218）。
在液流電池用多孔離子傳導膜研究中，最大的難題在于其離子傳輸機理的研究。傳統(tǒng)相轉化所制備的多孔膜材料一般為非對稱結構，孔曲度高、貫通性較差，很難直接驗證“離子篩分傳導”機理。因此，如何精確地制備出孔徑介于質子半徑（<0.24nm）和釩離子半徑（>0.6nm）之間，并具有貫通結構的離子傳導膜非常關鍵。ZSM-35是一種具有FER骨架結構的分子篩，它擁有垂直交叉的二維孔道結構，孔徑（0.35nm至0.54nm）介于質子半徑和釩離子半徑之間。為此，該研究團隊成功將其引入到多孔膜結構中，實現(xiàn)了對釩離子和質子的精確篩分。采用所制備的膜所組裝的單電池在200mA/cm2充放電條件下，能量效率超過81%。該工作對于高性能多孔離子傳導膜的開發(fā)具有重要的指導意義。
該研究工作得到了國家自然科學基金委、中科院卓越青年科學家、教育部能源材料化學協(xié)同創(chuàng)新中心等相關項目資助。
大連化物所液流電池非氟多孔離子傳導膜研究取得系列進展
