A bateria de fluxo redox de vanádio (VRFB) é um sistema de armazenamento de energia sustentável promissor. Em uma célula VRFB, uma membrana de troca iônica (IEM) é usada para evitar a formação de um curto-circuito cátodo/ânodo e evitar o cruzamento de eletrólitos e reações laterais, enquanto permite a condução de prótons para manter a célula eletricamente neutra.
Até o momento, a membrana de ácido sulfônico perfluorado (PFSA) é o IEM mais amplamente aplicado para VRFBs. No entanto, a permeação severa do íon vanádio da membrana PFSA reduzirá a vida útil da célula e causará um desempenho insatisfatório da célula.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Li Huiyun, Prof. Yu Shuhui e Dr. Ye Jiaye do Instituto de Tecnologia Avançada de Shenzhen (SIAT) da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu uma membrana híbrida baseada em materiais nanohíbridos bidimensionais, que podem melhorar o desempenho dos VRFBs.

O estudo foi publicado em Materiais Funcionais Avançados em 9 de novembro.

Na membrana recém-desenvolvida, nanofolhas de óxido de grafeno (GO) foram incorporadas na matriz de PFSA para atuar como uma "barreira" para reduzir a permeação do íon vanádio. O trióxido de tungstênio (WO₃ ) as nanopartículas foram cultivadas in-situ na superfície das nanofolhas de GO para superar o efeito eletrostático e aumentar a hidrofilicidade e a dispersibilidade das nanofolhas de GO.

"Estas nanopartículas hidrofílicas de trióxido de tungstênio em superfícies de nanofolhas de GO servem como sítios ativos de prótons para facilitar o transporte de prótons", disse o Dr. Ye Jiaye, o primeiro autor do estudo.

A fina camada porosa de politetrafluoretileno (PTFE) foi colocada no meio da membrana como uma camada reforçada, aumentando a estabilidade da membrana.

Sob o efeito sinérgico de WO₃ @GO e a camada de PTFE, a membrana híbrida exibiu alta seletividade de íons. A célula única VRFB com a membrana híbrida otimizada forneceu maior eficiência de Coulomb e eficiência energética em comparação com a membrana de Nafion comercial.

Em seu estudo anterior publicado no Chemical Engineering Journal, esta equipe de pesquisa desenvolveu uma membrana composta de estrutura sanduíche baseada em nanofios de carbeto de silício funcionalizados unidimensionais.

Os pesquisadores introduziram nanofios de carbeto de silício funcionalizados em uma matriz de ácido sulfônico perfluorado (PFSA) e intercalaram uma camada de politetrafluoretileno poroso ultrafino.

Esta membrana híbrida não apenas mantém uma boa condutividade de prótons, mas também reduz efetivamente a penetração de íons de vanádio, melhorando assim o desempenho da célula VRFB.

Esses estudos fornecem uma estratégia de preparação para projetar IEMs de alto desempenho para VRFBs com base em materiais modificados unidimensionais e bidimensionais, que podem ser estendidos a outros campos, incluindo tratamento de água e células de combustível. + Explorar mais

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