侯广进&李先锋AEM：具有由溶剂扩散控制的选择性层结构精准的膜用于高功率密度液流电池

Nanoyu

2020-07-27

膜分离过程是一种通过孔径排除来选择性分离化合物的过程，由于其在水处理、气体分离、医学应用和食品化学等方面的广泛应用，在过去的几十年里受到了极大的关注。近年来，随着社会的可持续发展，膜在各个领域的应用日益广泛，特别是在电化学储能等可再生能源的广泛应用迫在眉睫。低电池组，特别是钒液流电池（VFB）具有安全性高、效率高、循环寿命长、设计灵活等优点，被认为是最有前途的大规模储能技术之一。传统的多孔膜包括选择性表层和多孔支撑层，这通常是通过非溶剂诱导相分离（NIPS）方法实现。在这种结构中，选择层将决定膜的选择性，而多孔支撑体则提高了机械强度。通常的NIPS方法是将铸造液刮到平板上，然后将其浸入无溶剂浴中，在那里会发生溶剂交换，以诱导凝固或成膜。

有鉴于此，中科院大连化物所侯广进研究员，李先锋研究员报道了一种通过控制溶剂-非溶剂交换率的两步NIPS法，成功制备出表面层和支撑层独立可控的膜。

文章要点

1）通过实验和理论计算相结合，研究人员发现NIPS法制备的离子导电膜的形成机理与溶剂向非溶剂浴的内扩散通量和非溶剂向铸膜液的外扩散通量有关。

2）通过两步NIPS方法调节内部和外部扩散速率，制得了一系列具有独立控制的薄选择性皮层和高度多孔支撑层的聚苯并咪唑（PBI）多孔膜，可同时提高离子选择性和质子电导率。

3）组装有PBI膜的钒液流电池在电流密度为220 mA cm^-2时显示出80％的能量效率，这是迄今为止所报道的PBI膜中的最高值。

Mengqi Shi, et al, Membranes with Well-Defined Selective Layer Regulated  by Controlled Solvent Diffusion for High Power Density Flow Battery, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202001382

https://doi.org/10.1002/aenm.202001382