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新型離子膜面世,將大幅提升儲能裝備效率
日期:2023-04-27   [復制鏈接]
責任編輯:sy_chenglingyan 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
4月26日的《自然》雜志發(fā)表了一項中國科學家的重要成果:中國科學技術(shù)大學徐銅文、楊正金團隊與合作者設計了一類新型離子膜——微孔框架聚合物離子膜,首次實現(xiàn)膜內(nèi)近似無摩擦的離子傳導,有望應用于能源轉(zhuǎn)化、大規(guī)模儲能以及分布式發(fā)電等領域。

離子膜,是含功能基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜,在清潔能源、節(jié)能減排、能量轉(zhuǎn)換與儲存等方面有著廣泛的應用前景。離子膜關(guān)鍵材料及裝備技術(shù),屬于重點發(fā)展的國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。

離子膜是液流電池、燃料電池等電化學器件或裝備的關(guān)鍵部件,它既要阻隔正負極間活性物質(zhì)、防止短路,又要保證離子在充放電過程中高效通過、減少損耗,而傳統(tǒng)離子膜普遍存在“傳導性-選擇性”相互制約、不可兼得的難題。傳統(tǒng)離子膜普遍存在吸水后容易發(fā)生溶脹變形、結(jié)構(gòu)疏松等問題,特別是長時間使用后,可能會發(fā)生結(jié)構(gòu)老化、性能下降。

中國科大研究團隊經(jīng)過多年研究,創(chuàng)新性地設計了一種具有貫通亞納米離子通道的微孔框架離子膜材料,同時在通道中進行了化學修飾,不僅解決了傳統(tǒng)離子膜材料中離子通道老化和吸水溶脹問題,還兼具高選擇性和高傳導率,離子傳輸更加迅速,在膜內(nèi)實現(xiàn)了近似無摩擦傳導。使用該膜組裝的液流電池,充放電電流密度可以達到每平方厘米500毫安,是當前普遍報道值的5倍以上。

中國科大研發(fā)的這種國產(chǎn)離子膜有望大幅提升液流電池等儲能裝備的效率,在我國太陽能、風能等新能源的儲能領域得到廣泛應用。目前,項目孵化的特種離子膜產(chǎn)品已申請中國發(fā)明專利,研究人員正加緊實現(xiàn)該型離子膜的量產(chǎn)。

1949年美國人發(fā)明了離子膜,并于1950年成功研制了第一張具有商業(yè)用途的離子膜。我國的離子膜研究起步于1958年。到上世紀末,我國的離子膜研究還一直局限于從離子交換樹脂制備的異相離子膜,其電阻大、選擇性差,只能用于初級水處理,與發(fā)達國家存在較大差距。新世紀以來,在以徐銅文教授等為代表的中國科學家的努力下,我國的離子膜研究已經(jīng)從最初的“奮力追趕”,到目前有望實現(xiàn)“彎道超車”。

根據(jù)國際權(quán)威數(shù)據(jù)庫(web of science)的檢索,近10年來,徐銅文領導的課題組在離子交換膜、雙極膜兩個方向的論文數(shù)量穩(wěn)居于國際第一,研究水平在國際上處于領先地位。眼下,徐銅文正著手將科研成果逐個從“實驗室”推向“生產(chǎn)線”,并進一步圍繞“雙碳”目標,著力為中國膜材料研究注入更多“中國芯”。 

原標題:新型離子膜面世,將大幅提升儲能裝備效率
 
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