用于高性能Zn/Br2氧化还原流电池的基离子共价有机框架膜

科学领域:

• 电化学 电化学 电化学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 储能 储能 储能 储能 储能 储能

背景情况:

• -氧化还原流电池 (Zn/Br$_{2}$ RFBs) 由于安全性和效率,对大规模的能源存储具有前景.
• 膜设计对于Zn/Br$_{2}$ RFBs至关重要,平衡离子运输 (Zn^{2+}$, Br$^{-}$) 与抑制不良副作用反应,如聚化物 (Br$_{n}$$^{-}$) 穿.
• 现有的膜面临着高离子导电性和有效阻断Br$_{n}$$^{-}$迁移之间的权衡,限制了电池性能.

研究的目的:

• 开发一种用于 Zn/Br$_{2}$ RFB 的新型复合膜,可以克服离子导电率与 Br$_{n}$$^{-}$ 航天飞机的权衡.
• 通过战略性材料的整合,增强离子导电性,同时抑制Br$_{n}$$^{-}$迁移.
• 为了评估新膜在 Zn/Br$_{2}$ RFB 的性能.

主要方法:

• 将由乙基化物和三甲基黄 (EB-COF) 衍生出的阴离子共价有机框架 (COF) 纳入Nafion (NF) 矩阵.
• 复合膜结构的特征,水网络的形成,以及功能组 (-CHO, -NH$_{2}$,N$^{+}$).
• 使用NF/EB-COF复合膜,特别是NF/EB-COF,组装和测试Zn/Br$_{2}$的RFB.

主要成果:

• 在Nafion矩阵中的EB-COF促进了丰富的水网络,显著提高了离子导电性.
• 在EB-COF中,四元氨基群 (N$^{+}$) 有效地吸收了Br$_{2}$,并减轻了Br$_{n}$$^{-}$的穿效应.
• NF/EB-COF{0.3}复合膜表现出卓越的性能,使 Zn/Br2 RFB 能够在 40 mA cm^{-2}$ 达到 89.1% 的能效.

结论:

• 拟议的膜设计策略有效地解决了Zn/Br$_{2}$ RFB膜的关键权衡问题.
• NF/EB-COF复合膜提供了增强的离子传输和抑制的聚胺交叉,从而提高了电池性能.
• 这项工作为开发高效,安全的大规模能源存储系统的先进膜提供了可行的途径.