科研人員制備高性能液流電池用超薄聚合物膜材料
來源：人民網 時間：2025-07-03 17:22
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(wěn)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(fā)表于《自然·化學工程》。
聚合物離子選擇性膜因成本低、易于規(guī)?；苽涞葍?yōu)勢，是目前市場主流的液流電池膜材料。然而，傳統(tǒng)方法制備的聚合物膜通常具有不規(guī)則無序孔結構，難以實現(xiàn)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(lián)新策略，通過將聚合物交聯(lián)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(wěn)健的共價交聯(lián)網絡結構提高了膜的機械穩(wěn)定性，即便是在膜厚度降低至3微米條件下，也展現(xiàn)出良好機械強度。
研究還發(fā)現(xiàn)，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(guī)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(xiàn)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(xiàn)出超低的面電阻和活性物質滲透系數(shù)。
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(xiàn)出優(yōu)異性能。通過改變交聯(lián)劑的類型，團隊進一步驗證了界面交聯(lián)策略的普適性。
該研究為設計具有高機械穩(wěn)定性、超低面電阻和活性物質滲透系數(shù)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。（張?zhí)N）
責任編輯：于彤彤
