Массивные литий-ионные батареи, подобные той, что была построена Tesla в Южной Австралии, являются одним из способов хранения возобновляемой энергии, но их сборка стоит десятки миллионов долларов. Проточные окислительно-восстановительные батареи, в которых энергия хранится в жидких электролитах в огромных резервуарах, предлагают более дешевую альтернативу и могут также сохранять энергию в течение нескольких месяцев. Яркий пример — проект крупнейшей в мире проточной окислительно-восстановительной батареи, которая в настоящее время разрабатывается в Германии.
В популярной химии для этих типов батарей в качестве электролита используется металлический ванадий, и наиболее распространенным материалом мембран для этих проточных ванадиевых окислительно-восстановительных батарей является перфторированная сульфоновая кислота (PFSA). Однако одна из проблем заключается в том, что ионы ванадия имеют тенденцию проникать через мембрану и делают всю батарею нестабильной, что снижает ее производительность и сокращает срок ее службы.
Исследователи Китайской академии наук решили устранить эту проблему с помощью гибридного материала, который точно настраивает функцию мембраны. Наночастицы триоксида вольфрама были выращены на месте на поверхности очень тонких листов оксида графена, однослойного листа оксида графита, полученного путем окисления графита.
Эти листы были встроены в новую мембрану PFSA с многослойной структурой, которая также была усилена тонким слоем политетрафторэтилена, основы для тефлона. Это привело к тому, что листы оксида графена выступили в качестве барьера, избирательно уменьшающего проникновение ионов ванадия, в то время как наночастицы также служили активными центрами, способствующими переносу протонов, обеспечивая высокий кулоновский КПД и высокую энергоэффективность, превышающую 98,1%. и 88,9% соответственно.
Авторы говорят, что это превышает эффективность коммерчески доступных мембран, а также решает проблему стабильности. Команда уверена, что гибридная мембрана хорошо подходит для ванадиевых проточных батарей с окислительно-восстановительным потенциалом, но это не единственное ее применение. Ученые отмечают, что такие области, как технология топливных элементов и фильтрация воды, которые также полагаются на точно настроенные мембраны, обеспечивающие избирательный проход ионов, также могут выиграть от подобной конструкции.
