Pesquisadores chineses sob a direção dos Profs. Li Xianfeng e Zhang Huamin do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências desenvolveram recentemente uma membrana condutora de íons ultrafina com alta seletividade e condutividade que pode aumentar a potência das baterias de fluxo. O estudo foi publicado em Nature Communications .

As membranas são componentes essenciais das baterias de fluxo. Eles separam materiais reativos nas câmaras negativa e positiva, permitindo a transferência de íons através da membrana ao mesmo tempo. A eficiência das baterias de fluxo depende muito da seletividade de íons e da condutividade dessas membranas.

Com base em seu estudo anterior ( Environ. Sci. , 2011, 4, 1676), O grupo de Li descobriu que o principal desafio para membranas condutoras de íons é o "trade-off" entre seletividade e condutividade iônica. As membranas porosas que usam o método de construção de inversão de fase tradicional tinham poros tortuosos e mal conectados, resultando em baixa condutividade de íons.

Em contraste, membranas compostas possuem camadas seletivas ajustadas separadamente suportadas em substratos. "Uma membrana composta com uma camada seletiva muito fina e um substrato altamente condutor, com sorte, supera a compensação entre seletividade de íons e condutividade e melhora ainda mais o desempenho da bateria de fluxo, "disse o Prof. Li.

Para este fim, os pesquisadores utilizaram a polimerização interfacial para fabricar uma membrana composta de filme fino. Esta membrana possui uma camada seletiva de poliamida reticulada ultrafina e uma camada de suporte altamente condutora. A camada seletiva ultrafina tem apenas 180 nm de espessura. Ele oferece uma via de transferência de íons muito curta e tem uma resistência de área muito baixa.

A poliamida reticulada tem volume livre entre o tamanho do hidrônio e os íons de vanádio hidratados. Íons vanádio, devido ao seu tamanho, são altamente resistentes a crossover, assim, dotando a membrana de alta seletividade de íons.

Baterias de fluxo com uma membrana composta de filme fino podem trabalhar em densidade de corrente mais alta. Isso permitiria o uso de uma pilha menor de bateria para gerar mais energia e reduzir o custo das pilhas de bateria.

O mecanismo de transferência de prótons em camadas seletivas de poliamida pode ser melhor compreendido utilizando o mecanismo de Grotthuss para fazer cálculos teóricos de transferências de prótons ao longo de cadeias de água e grupos carboxila. Os resultados fornecem novas idéias para o projeto de membranas seletivas de íons avançadas que também podem ser aplicadas a baterias de fluxo.