El equipo del profesor Xianfeng Li del Instituto de Química Física de Dalian de la Academia China de Ciencias ha logrado un avance importante en materiales energéticos, desarrollando con éxito un material de membrana polimérica ultradelgada con función de tamizado preciso. Este resultado de investigación, publicado recientemente en la revista internacional de autoridad Nature Chemical Engineering, proporciona una solución innovadora para los cuellos de botella de rendimiento a largo plazo en materiales de membranas poliméricas. El equipo de investigación adoptó una estrategia única de entrecruzamiento polimérico interfacial para preparar una nueva membrana polimérica de solo 3 micrómetros de espesor, que muestra un rendimiento excelente en pruebas de baterías de flujo de vanadio. La estrategia de entrecruzamiento polimérico interfacial permite que la membrana polimérica ultradelgada logre un transporte iónico rápido y selectivo.

Los materiales tradicionales de membranas poliméricas se preparan generalmente mediante métodos de separación de fases, con estructuras de canales internos desordenadas, lo que genera dificultades en la separación de iones o moléculas de tamaños similares debido a la selectividad insuficiente. Comparados con materiales inorgánicos nanoporosos como marcos orgánicos metálicos y marcos orgánicos covalentes con canales ordenados periódicos, las membranas poliméricas tradicionales tienen limitaciones obvias en la separación precisa. El equipo del profesor Li, mediante la regulación precisa del tiempo y tipo de agente de entrecruzamiento, construyó con éxito una capa de separación entrecruzada a nanoescala sobre la capa de soporte polimérica, formando estructuras de cavidad de 1,8 a 5,4 angstroms y logrando una función de tamizado iónico a precisión ångström.

En pruebas de aplicación reales, esta nueva membrana polimérica ultradelgada mostró un rendimiento destacado. Cuando se aplicó en sistemas de baterías de flujo de vanadio, el material alcanzó una eficiencia energética del 82,38% bajo una densidad de corriente alta de 300 mA/cm², mejorando significativamente el rendimiento de la batería. El profesor Li Xianfeng declaró: “Nuestra estrategia de entrecruzamiento interfacial reduce efectivamente el espesor de la membrana, disminuyendo drásticamente la resistencia al transporte iónico mientras mantiene una excelente selectividad”. Este diseño innovador no solo resuelve la contradicción entre selectividad y permeabilidad en materiales tradicionales de membranas poliméricas, sino que también proporciona nuevas posibilidades para el desarrollo futuro de tecnologías de almacenamiento de energía.

Este resultado de investigación tiene un valor teórico importante y perspectivas de aplicación práctica. Mediante la construcción de una estructura de red cuasiordenada, el equipo logró una optimización sinérgica de alta selectividad iónica y baja resistencia, proporcionando un nuevo enfoque para el diseño de materiales de membranas poliméricas. El profesor Li Xianfeng señaló: “Esta investigación supera un problema técnico a largo plazo en el campo de las membranas poliméricas, trayendo avances sustanciales a tecnologías de separación y almacenamiento basadas en membranas”. En el futuro, esta tecnología tiene el potencial de jugar un rol importante en múltiples campos como almacenamiento de nueva energía, separación química y protección ambiental, impulsando la actualización tecnológica de industrias relacionadas.