新型離子傳導(dǎo)膜兼具“高選擇性”與“高傳導(dǎo)率”
January.15
中國化工報社·中化新網(wǎng)
近日，中科院大連化物所李先鋒研究員、張華民研究員團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種超薄分離層復(fù)合離子傳導(dǎo)膜，解決了離子傳導(dǎo)膜領(lǐng)域“高選擇性”與“高傳導(dǎo)率”不可兼得的技術(shù)難題。該膜可大幅提升液流電池功率，降低電堆成本。
離子傳導(dǎo)膜是液流電池的關(guān)鍵材料之一。膜的選擇性越高，則電池庫倫效率越高;膜的傳導(dǎo)率越高，則電池電壓效率越高;而庫倫效率與電壓效率共同影響電池的能量效率。
然而，開發(fā)出兼具高選擇性與高傳導(dǎo)率的離子傳導(dǎo)膜是這一領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。傳統(tǒng)的多孔離子傳導(dǎo)膜通過扭曲的孔道來傳導(dǎo)離子。想提高膜的選擇性，必須提高膜整體的致密程度，而“致密”會導(dǎo)致膜的貫通性下降，進(jìn)而導(dǎo)致傳導(dǎo)率下降，所以對于傳統(tǒng)多孔離子傳導(dǎo)膜來說，“高選擇性”與“高傳導(dǎo)率”可謂“魚”和“熊掌”，不可兼得。
此次開發(fā)的復(fù)合離子傳導(dǎo)膜由致密的薄分離層和孔道貫通性良好的支撐層組成。足夠薄且致密的分離層能夠在保證高選擇性的同時實(shí)現(xiàn)高傳導(dǎo)率，支撐層則可提供機(jī)械強(qiáng)度。
此外，為了證實(shí)這一機(jī)理，該團(tuán)隊(duì)與中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所鄭安民研究員合作，通過理論計算深入研究了聚酰胺分離層中質(zhì)子傳遞方式，結(jié)果顯示質(zhì)子可以通過聚酰胺網(wǎng)絡(luò)中的水分子鏈和聚酰胺骨架上的羧基以格羅圖斯機(jī)理跳躍傳遞。該機(jī)理為設(shè)計高性能離子傳導(dǎo)膜提供了新的思路。
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