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[材料资讯] 李先锋课题组:研制出高选择透过性超薄分离层复合离子传导膜

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发表于 2020-1-8 16:44:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部(DNL17)研究员李先锋张华民团队研制出高选择透过性超薄分离层复合离子传导膜,该膜兼具高离子传导率与高离子选择性,可大幅提升液流电池性能。
  离子传导膜材料是液流电池的关键材料,其作用是阻隔两端活性物质,同时传递载流子形成电池回路。该团队前期突破了传统的“离子交换传递”机理束缚,原创性地提出不含离子交换基团的“离子筛分传导”概念(Energy. Environ. Sci.,2011,4,1676),将多孔离子传导隔膜引入液流电池。并在此基础上围绕高性能多孔离子传导膜结构设计开展了大量研究工作,取得了系列进展。

界面聚合原理和离子筛分传递机理

界面聚合原理和离子筛分传递机理
  如何打破膜的离子选择性与离子传导性Trade-Off效应,开发出兼具高选择性与高传导性的离子传导膜材料,是液流电池用多孔离子传导膜领域的研究难点。传统相转化所制备的多孔离子传导膜材料一般为非对称结构,孔曲度高、贯通性较差,离子传导率较低。相比之下,复合膜具有能够单独调控的选择性分离层和支撑层结构,有望突破膜选择性与传导率之间的Trade-Off效应,进一步提升液流电池性能。
  该工作利用界面聚合技术制备了具有超薄分离层的分离膜。该分离膜由聚酰胺交联网络构成,厚度仅为180 nm。该厚度大幅度降低了离子传递路径,提高了膜选择性。同时,聚酰胺交联网络内部的自由体积介于水合质子与水合钒离子之间,能够高效地阻挡钒离子,同时传递质子,使膜具有高离子选择性。利用该膜材料组装的单电池在260 mA/cm2的电流密度下,能量效率超过80%。此外,该团队与中科院武汉物理与数学研究所研究员郑安民合作,通过理论计算深入研究了聚酰胺分离层中质子传递方式,结果显示,质子可以通过聚酰胺网络中的水分子链和聚酰胺骨架上的羧基以Grotthuss机理跳跃传递。这一研究结果为设计高性能离子传导膜提供了新的思路。
  相关研究成果发表于《自然-通讯》(Nature Communications)。该项目得到国家自然科学基金、中科院洁净能源先导科技专项和中科院交叉创新团队项目等支持。

      李先锋,男,1979年7月生于山东沂水,中国科学院大连化学物理研究所,研究员,博士生导师。中组部“万人计划”青年拔尖人才,中科院卓越青年科学家获得者,辽宁省百千万人才工程“百层次”人才。大连化学物理研究所储能技术研究部部长,电池材料与关键技术研究组长。长期从事大规模电化学储能技术的研究开发工作。成果荣获包括“2015年国家技术发明二等奖”(排名3),中国科学院杰出科技成就奖(突出贡献者,排名2)、 “辽宁省技术发明二等奖”(排名第2)等科技奖励。获 “中国科学院卢嘉锡青年人才奖”,“第三届“中科院沈阳分院优秀青年科技人才奖”,“辽宁省青年科技奖”,等奖励。入选中组部青年拔尖人才计划,中国科学院卓越青年科学家项目、大连市杰出青年科技人才等。为首届中科院青年创新促进会会员,中国膜工业协会电驱动膜专业委员会委员,中国材料研究学会青年工作委员会理事。迄今为止共发表SCI论文100余篇,其中Energy & Environmental Science 6篇,Angew. Chem. Int. Ed 1篇, Advanced Functional Materials 2篇,Nano energy 1篇。迄今为止,论文他引次数2500余次, H 因子30。2015年开始担任“Scientific Reports”杂志编委。申报发明专利100余项,国际专利6项。授权20余项。作为负责人主持国家科技部973计划课题、国家自然科学基金,中组部青年拔尖人才计划项目、中科院重要方向性项目等多项项目与课题。
       张华民,国际知名的燃料电池和液流电池专家。中科院大连化学物理研究所首席研究员,博士生导师。大连融科储能技术发展有限公司副总经理、总工程师,国家发改委能源局“国家能源液流储能电池技术重点实验室”主任,国家发改委“液流储能电池技术国家地方联合工程研究中心”主任。能源行业液流电池标准化技术标准委员会主任委员、IEC/TC21 JWG7国际标准项目负责人, 负责液流电池国际标准的制定。2010年被聘为科技部973项目“大规模液流电池储能技术的基础研究”首席科学家。2014年入选科技部创新人才推进计划“科技创新创业人才”。2016年,入选中组部“万人计划科技创业领军人才”。张华民发表学术论文380余篇。授权国家发明专利200余件,国际专利15件,主持制定燃料电池和液流电池标准10余项。研究成果荣获国家技术发明二等奖1项,中国科学院杰出科技成就奖1项,辽宁省企业重大成果奖1项,辽宁省技术发明一等奖2项,二等奖3项等奖项。
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