具有纳米孔的疏水膜用于高效储存能量

氧化还原液流电池被认为是用于高效储能的可行的下一代技术。这些电池使用电解质，溶液中的化学成分来储存能量。例如，钒氧化还原液流电池使用溶解在硫酸中的钒离子。由膜隔开，两个储能电解质在系统中循环。储存容量取决于电解质的量，并且可以根据应用容易地增加或减少。为了使电池充电或放电，钒离子被化学氧化或还原，而质子通过分离膜。

膜在该系统中起着核心作用：一方面，它必须分离电解质以防止短路引起的能量损失。另一方面，当电池充电或放电时，质子需要通过膜。为了有效地商业使用氧化还原液流电池，膜需要结合这两种功能，这仍然是膜开发者迄今为止的重大挑战。

目前的基准是Nafion膜。该膜对于质子是化学稳定且可渗透的，并且对于H2燃料电池应用是众所周知的。然而，Nafion和类似的聚合物在暴露于水时会膨胀并失去对钒离子的屏障功能。聚合物化学家试图通过改变这种膜的分子结构来防止钒泄漏。

来自亚琛和首尔的研究人员提出了一种完全不同的方法：“我们使用疏水膜代替。这种膜保持其屏障功能，因为它不会在水中膨胀，”Dr.-Ing教授解释说。马蒂亚斯威斯林他是莱布尼茨交互材料研究所的副科学主任，并领导亚琛工业大学化学工艺工程系主任。“当我们发现疏水材料中的微小孔隙和通道时，我们感到惊喜，它们似乎充满了水。这些水通道允许质子以高速穿过膜。然而，钒离子太大而无法通过膜。“通道的直径小于2纳米，屏障功能似乎随着时间的推移是稳定的：即使在一周或100次充电和放电循环后，钒离子也不能通过膜。“根据电流，我们的能效达到了99%。这表明我们的膜是钒离子的真正屏障，”Wessling说。在目前所测试的密度为每平方厘米1至40毫安之间，科学家的能效达到85%或更高，而传统系统不超过76%。

这些结果表明了一种新的运输模式。具有固有微孔性的聚合物(称为PIM)显着缩合，而不是溶胀。积聚在孔隙中但不在聚合物本身中的水分子可能是造成这种现象的原因。研究人员希望进一步研究以详细分析这种效应。

虽然这种现象令人费解，但亚琛和首尔的科学家们还将进行额外的应用测试：他们是否仍然可以改进疏水膜，以应用于氧化还原液流电池?从长远来看，膜是否稳定?如果是这种情况，疏水膜可能确实推进了氧化还原液流电池和类似的能量存储系统的实际应用。研究人员在使用可持续能源时，通过为电力系统和频率稳定性做出贡献，提供稳定的能源供应。

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