我國科學(xué)家成功研發(fā)新型離子膜 有望大幅提升新能源儲能裝備性能
新華社北京4月27日電(記者張泉)離子膜在清潔能源、節(jié)能減排、能量轉(zhuǎn)換與儲存等方面擁有廣闊應(yīng)用前景。我國科學(xué)家設(shè)計了一類新型離子膜,首次實(shí)現(xiàn)膜內(nèi)近似無摩擦的離子傳導(dǎo),有望大幅提升液流電池等儲能裝備的效率。
記者從中國科學(xué)院獲悉,該研究由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐銅文教授、楊正金教授團(tuán)隊與合作者完成,相關(guān)成果已在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
離子膜是液流電池、燃料電池等電化學(xué)器件或裝備的關(guān)鍵部件,它既要阻隔正負(fù)極間活性物質(zhì),防止短路,又要保證離子在充放電過程中高效通過,減少損耗,而傳統(tǒng)離子膜普遍存在傳導(dǎo)性、選擇性相互制約的難題。
“就像用篩子篩沙,最好的篩子是既能阻隔粗沙(選擇性),又能使細(xì)沙快速通過(傳導(dǎo)性)。但是,篩孔小的,細(xì)沙流得也慢;篩孔大的,粗沙細(xì)沙都能過去。”徐銅文說,離子膜的研究重點(diǎn),就是在膜內(nèi)構(gòu)筑僅允許“細(xì)沙”快速通過的高效通道。
此項研究中,團(tuán)隊創(chuàng)新性地設(shè)計了一種具有貫通亞納米離子通道的微孔框架離子膜材料,同時在通道中進(jìn)行了化學(xué)修飾,不僅解決了傳統(tǒng)離子膜材料中離子通道老化和吸水溶脹問題,還兼具高選擇性和高傳導(dǎo)率。
據(jù)介紹,在這種膜內(nèi),離子實(shí)現(xiàn)了近似無摩擦傳導(dǎo)。使用這種膜組裝的液流電池,充放電電流密度可達(dá)每平方厘米500毫安,是當(dāng)前同類產(chǎn)品數(shù)值的5倍以上。《自然》審稿人認(rèn)為,這種離子膜在液流電池中展示出了非凡的性能。
“該成果涉及的微孔框架離子膜的設(shè)計理念,還可拓展至其他功能化框架聚合物膜,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行高性能膜材料的定向設(shè)計。”楊正金說。
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