El 21 de junio, periodistas del Instituto de Física Química de Dalian de la Academia China de Ciencias supieron que recientemente, el investigador Li Xianfeng, la investigadora asociada del proyecto Lu Wenjing y otros, en cooperación con el investigador Zhang Hongjun de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, lograron un nuevo progreso en la investigación de membranas selectivas de iones para baterías de flujo, desarrollando una nueva estrategia de reticulación interfacial para preparar un material de membrana polimérica ultrafina de alta estabilidad con un espesor de solo 3 micrómetros, elevando la densidad de corriente de trabajo de las baterías de flujo de vanadio completo a 300 mA por cm². Los resultados relacionados se publicaron en Nature Chemical Engineering.

Las membranas selectivas de iones poliméricas son actualmente el material de membrana principal en el mercado para baterías de flujo debido a sus ventajas como bajo costo y fácil preparación a gran escala. Sin embargo, las membranas poliméricas preparadas por métodos tradicionales suelen tener estructuras de poros irregulares y desordenadas, lo que dificulta la separación precisa de sustancias activas de las baterías de flujo y portadores de carga.

Para resolver este problema, el equipo de Li Xianfeng propuso una nueva estrategia de reticulación interfacial, restringiendo la reacción de reticulación polimérica en un espacio interfacial limitado para preparar una membrana polimérica ultrafina compuesta por una capa de separación a nanoescala y una capa de soporte. Los resultados de las pruebas indican que la estructura de red de reticulación covalente robusta en la capa de separación mejora la estabilidad mecánica de la membrana; incluso cuando el espesor de la membrana se reduce a 3 micrómetros, muestra una buena resistencia mecánica.

La investigación también descubrió que la distribución de poros en la capa de separación de esta membrana está entre 1,8 Å y 5,4 Å, similar a los materiales inorgánicos nanoporosos con estructuras de canales regulares. Esta distribución de poros está justo entre los tamaños de las sustancias activas de las baterías de flujo y los portadores de carga, logrando una separación precisa de las sustancias activas y una conducción rápida de los portadores de carga. Al mismo tiempo, la capa de separación a nanoescala y la reducción del espesor general de la membrana reducen aún más la resistencia de transmisión iónica, haciendo que la membrana ultrafina muestre una resistencia superficial ultrabaja y un coeficiente de permeación de sustancias activas en un amplio rango de pH.

Para verificar su viabilidad de aplicación, el equipo aplicó este material de membrana a una batería de flujo de vanadio simple, logrando una eficiencia energética superior al 80% a una alta densidad de corriente de 300 mA por cm². Además, esta membrana ultrafina también puede aplicarse a baterías de flujo de zinc-hierro alcalino y baterías de flujo orgánico acuoso, mostrando un rendimiento excelente a altas densidades de corriente. Al cambiar el tipo de agente de reticulación, el equipo verificó aún más la universalidad de la estrategia de reticulación interfacial.

Esta investigación proporciona nuevas ideas para diseñar membranas ultrafinas con alta estabilidad mecánica, resistencia superficial ultrabaja y coeficientes de permeación, favorable para elevar la densidad de corriente de trabajo y densidad de potencia de varios tipos de baterías de flujo acuosas.