Los científicos hacen un gran avance en las membranas compuestas conductoras de iones
Investigadores chinos bajo la dirección de los Profs. LI Xianfeng y ZHANG Huamin del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de Ciencias recientemente desarrollaron una membrana conductora de iones ultrafina con alta selectividad y conductividad que puede aumentar la potencia de las baterías de flujo.
La fabricación y la función de la membrana compuesta de capa fina.
DAI Qing
Las membranas son componentes clave de las baterías de flujo. Separan los materiales reactivos en las cámaras negativa y positiva, permitiendo al mismo tiempo la transferencia de iones a través de la membrana. La eficiencia de las baterías de flujo depende en gran medida de la selectividad de los iones y la conductividad de estas membranas.
Basándose en su estudio anterior (Environ.Sci., 2011, 4, 1676), el grupo de LI encontró que el desafío clave para las membranas conductoras de iones es el "equilibrio" entre la selectividad y la conductividad de los iones. Las membranas porosas que utilizan el método tradicional de construcción por inversión de fase tenían poros tortuosos y mal conectados, lo que resultaba en una baja conductividad iónica.
Por el contrario, las membranas de material compuesto poseen capas selectivas ajustadas por separado que se apoyan en los sustratos. "Una membrana compuesta con una capa selectiva muy delgada y un sustrato altamente conductivo espera superar el compromiso entre la selectividad de iones y la conductividad y mejorar aún más el desempeño de la batería de flujo", dijo el Prof. LI.
Para ello, 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 conductiva. La capa selectiva ultrafina sólo tiene un grosor de 180 nm. 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. Los iones de vanadio, debido a su tamaño, son altamente 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 mayor densidad de corriente. Esto permitiría el uso de una pila de baterías más pequeña para generar mayor energía y reducir el costo de las pilas.
El mecanismo de transferencia de protones en capas selectivas de poliamida puede entenderse mejor utilizando el mecanismo de Grotthuss para hacer cálculos teóricos de transferencias de protones a lo largo de las cadenas de agua y grupos carboxilo. Los resultados proporcionan nuevas ideas para el diseño de membranas selectivas de iones avanzadas que también pueden aplicarse a baterías de flujo.
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