La estructura y morfología de WO3 @GO nanohíbrido. Crédito:SIAT
La batería de flujo redox de vanadio (VRFB) es un prometedor sistema de almacenamiento de energía sostenible. En una celda VRFB, se utiliza una membrana de intercambio iónico (IEM) para evitar la formación de un cortocircuito de cátodo/ánodo y evitar el cruce de electrolitos y las reacciones secundarias, al tiempo que permite la conducción de protones para mantener la celda eléctricamente neutra.
Hasta la fecha, la membrana de ácido sulfónico perfluorado (PFSA) es el IEM más utilizado para VRFB. Sin embargo, la permeación severa de iones de vanadio de la membrana PFSA acortará la vida útil de la celda y provocará un rendimiento insatisfactorio de la celda.
Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Li Huiyun, el Prof. Yu Shuhui y el Dr. Ye Jiaye del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen (SIAT) de la Academia de Ciencias de China ha desarrollado una membrana híbrida basada en materiales nanohíbridos bidimensionales, que puede mejorar el rendimiento de los VRFB.
El estudio fue publicado en Advanced Functional Materials el 9 de noviembre.
En la membrana recientemente desarrollada, se incrustaron nanoláminas de óxido de grafeno (GO) en la matriz PFSA para actuar como una "barrera" para reducir la permeación de iones de vanadio. El trióxido de tungsteno (WO3 ) se cultivaron nanopartículas in situ en la superficie de las nanoláminas GO para superar el efecto electrostático y mejorar la hidrofilia y la dispersabilidad de las nanoláminas GO.
"Estas nanopartículas hidrofílicas de trióxido de tungsteno en superficies de nanoláminas GO sirven como sitios activos de protones para facilitar el transporte de protones", dijo el Dr. Ye Jiaye, primer autor del estudio.
La capa delgada de politetrafluoroetileno poroso (PTFE) se colocó en medio de la membrana como una capa reforzada que mejora la estabilidad de la membrana.
Bajo el efecto sinérgico de WO3 @GO y la capa de PTFE, la membrana híbrida exhibió una alta selectividad de iones. La celda única VRFB con la membrana híbrida optimizada proporcionó una mayor eficiencia de Coulombic y eficiencia energética en comparación con la membrana comercial Nafion.
En su estudio anterior publicado en Chemical Engineering Journal, Este equipo de investigación desarrolló una membrana compuesta de estructura sándwich basada en nanocables de carburo de silicio funcionalizados unidimensionales.
Los investigadores introdujeron nanocables de carburo de silicio funcionalizados en una matriz de ácido sulfónico perfluorado (PFSA) y colocaron una capa de politetrafluoroetileno poroso ultrafino.
Esta membrana híbrida no solo mantiene una buena conductividad de protones, sino que también reduce de manera efectiva la penetración de iones de vanadio, mejorando así el rendimiento de la celda VRFB.
Estos estudios proporcionan una estrategia de preparación para diseñar IEM de alto rendimiento para VRFB basados en materiales modificados unidimensionales y bidimensionales, que pueden extenderse a otros campos, incluidos el tratamiento de agua y las pilas de combustible. Los científicos logran un gran avance en las membranas compuestas conductoras de iones
