La struttura e la morfologia di WO3 @GO nanoibrido. Credito:SIAT
La batteria a flusso redox al vanadio (VRFB) è un promettente sistema di accumulo di energia sostenibile. In una cella VRFB, una membrana a scambio ionico (IEM) viene utilizzata per prevenire la formazione di un cortocircuito catodo/anodo ed evitare il crossover degli elettroliti e le reazioni collaterali, consentendo al contempo la conduzione protonica di mantenere la cella elettricamente neutra.
Ad oggi, la membrana dell'acido perfluorurato solfonico (PFSA) è l'IEM più ampiamente applicato per i VRFB. Tuttavia, una grave permeazione di ioni vanadio della membrana PFSA ridurrà la vita della cellula e causerà prestazioni cellulari insoddisfacenti.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Li Huiyun, dal Prof. Yu Shuhui e dal Dr. Ye Jiaye dello Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) dell'Accademia cinese delle scienze ha sviluppato una membrana ibrida basata su materiali nanoibridi bidimensionali, che possono migliorare le prestazioni dei VRFB.
Lo studio è stato pubblicato in Materiali funzionali avanzati il 9 novembre.
Nella membrana di nuova concezione, i nanosheet di ossido di grafene (GO) sono stati incorporati nella matrice PFSA per fungere da "barriera" per ridurre la permeazione di ioni vanadio. Il triossido di tungsteno (WO3 ) le nanoparticelle sono state coltivate in situ sulla superficie dei nanosheet GO per superare l'effetto elettrostatico e migliorare l'idrofilia e la disperdibilità dei nanosheet GO.
"Queste nanoparticelle idrofile di triossido di tungsteno sulle superfici dei nanosheet GO fungono da siti protonici attivi per facilitare il trasporto di protoni", ha affermato il dottor Ye Jiaye, il primo autore dello studio.
Lo strato sottile poroso di politetrafluoroetilene (PTFE) è stato inserito a sandwich nel mezzo della membrana come strato rinforzato che migliora la stabilità della membrana.
Sotto l'effetto sinergico di WO3 @GO e lo strato di PTFE, la membrana ibrida ha mostrato un'elevata selettività ionica. La singola cella VRFB con la membrana ibrida ottimizzata ha fornito una maggiore efficienza Coulombic ed efficienza energetica rispetto a quella della membrana commerciale Nafion.
Nel loro precedente studio pubblicato su Chemical Engineering Journal, questo gruppo di ricerca ha sviluppato una membrana composita a struttura sandwich basata su nanofili di carburo di silicio funzionalizzati unidimensionali.
I ricercatori hanno introdotto nanofili di carburo di silicio funzionalizzati in una matrice di acido solfonico perfluorurato (PFSA) e hanno inserito uno strato di politetrafluoroetilene poroso ultrasottile.
Questa membrana ibrida non solo mantiene una buona conduttività protonica, ma riduce anche efficacemente la penetrazione degli ioni vanadio, migliorando così le prestazioni della cellula VRFB.
Questi studi forniscono una strategia di preparazione per la progettazione di IEM ad alte prestazioni per VRFB basati su materiali modificati unidimensionali e bidimensionali, che possono essere estesi ad altri campi, tra cui il trattamento delle acque e le celle a combustibile. + Esplora ulteriormente
