中国科学院大连化学物理研究所与中国科学技术大学的科研团队合作，在液流电池用离子选择性膜研究上取得突破，通过界面交联新策略制备出仅3微米厚的高性能超薄聚合物膜材料，有效提升全钒液流电池工作电流密度，为多种水系液流电池发展提供新思路。
制备高性能超薄聚合物膜材料
6月21日，记者从中国科学院大连化学物理研究所获悉，该所李先锋研究员、鲁文静项目研究员等与中国科学技术大学张宏俊研究员合作，在液流电池用离子选择性膜研究中取得新进展。他们开发出一种新型的界面交联策略，制备出厚度仅为3微米的高稳定性超薄聚合物膜材料，相关成果发表在《自然·化学工程》上。
传统聚合物膜的难题与新策略的突破
聚合物离子选择性膜是目前市场上主流的液流电池膜材料，因成本低、易于规模化制备等优势备受关注。然而，传统方法制备的聚合物膜通常具有不规则无序孔结构，难以实现液流电池活性物质和载流子的精确筛分。为解决这一问题，李先锋团队提出界面交联新策略，通过将聚合物交联反应限制在有限的界面空间内，制备出由纳米级分离层和支撑层组成的超薄聚合物膜。
超薄聚合物膜材料的优异性能
测试结果表明，该超薄聚合物膜分离层中稳健的共价交联网络结构提高了膜的机械稳定性，即便膜厚度降低至3微米，仍展现出良好的机械强度。同时，该膜材料分离层的孔径分布在1.8埃至5.4埃之间，与具有规整孔道结构的无机纳米多孔材料相似，恰好位于液流电池活性物质和载流子的尺寸之间，实现了对活性物质的精确筛分和对载流子的快速传导。纳米级分离层及膜整体厚度的降低进一步减少了离子传输阻力，使得超薄膜在宽pH范围内均表现出超低的面电阻和活性物质渗透系数。
材料的应用验证与策略普适性
为验证应用可行性，团队将该膜材料应用于全钒液流单电池，在300毫安每平方厘米的高电流密度下，电池的能量效率超过80%。此外，该超薄膜还可应用于碱性锌铁液流电池和水系有机液流电池，在高电流密度下均展现出优异性能。通过改变交联剂的类型，团队进一步验证了界面交联策略的普适性。
研究的重要意义
该研究为设计具有高机械稳定性、超低面电阻和渗透系数的超薄膜提供了新思路，有利于提升多种水系液流电池的工作电流密度和功率密度。
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