Investigadores chinos bajo la dirección de los Profs. Li Xianfeng y Zhang Huamin del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China desarrollaron recientemente una membrana conductora de iones ultrafina con alta selectividad y conductividad que puede aumentar la potencia de las baterías de flujo. El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza .

Las membranas son componentes clave de las baterías de flujo. Separan los materiales reactivos en las cámaras negativa y positiva mientras permiten la transferencia de iones a través de la membrana al mismo tiempo. La eficiencia de las baterías de flujo depende en gran medida de la selectividad iónica y la conductividad de estas membranas.

Basado en su estudio anterior ( Reinar. Sci. , 2011, 4, 1676), El grupo de Li descubrió que el desafío clave para las membranas conductoras de iones es el "compromiso" entre la selectividad de los iones y la conductividad. Las membranas porosas que utilizan el método de construcción tradicional de inversión de fase tenían poros tortuosos y mal conectados, resultando en una conductividad iónica baja.

A diferencia de, Las membranas compuestas poseen capas selectivas sintonizadas por separado soportadas sobre sustratos. "Es de esperar que una membrana compuesta con una capa selectiva muy fina y un sustrato altamente conductor supere el compromiso entre la selectividad iónica y la conductividad y mejore aún más el rendimiento de la batería de flujo, ", dijo el profesor Li.

Para tal fin, los investigadores utilizaron la polimerización interfacial para fabricar una membrana compuesta de película delgada. Esta membrana tiene una capa selectiva de poliamida reticulada ultrafina y una capa de soporte altamente conductora. La capa selectiva ultrafina tiene solo 180 nm de espesor. Ofrece una vía de transferencia de iones muy corta y tiene una resistencia de área muy baja.

La poliamida reticulada tiene un volumen libre entre el tamaño del hidronio y los iones de vanadio hidratados. Iones de vanadio, por su tamaño, son muy resistentes al cruce, dotando así a la membrana de una alta selectividad iónica.

Las baterías de flujo con una membrana compuesta de película delgada podrían funcionar con una densidad de corriente más alta. Esto permitiría el uso de una pila de baterías más pequeña para generar mayor potencia y reducir el costo de las pilas de baterías.

El mecanismo de transferencia de protones en capas selectivas de poliamida se puede comprender mejor utilizando el mecanismo de Grotthuss para realizar cálculos teóricos de las transferencias de protones a lo largo de las cadenas de agua y los grupos carboxilo. Los resultados proporcionan nuevas ideas para diseñar membranas selectivas de iones avanzadas que también se pueden aplicar a las baterías de flujo.