成果:我校在大规模储能液流电池隔膜区域取得系列进展

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2020-04-03 来源:质料学院

 

液流电池具有寿命长、底低、安全可靠、响应迅速、功率与容量竞相独立等特点,是目上最有上景的大规模储能 技术实现 之一。隔膜作为液流电池的关键质料之一,决定了电池的性能和电堆底。然则,目上最常用隔膜质料为进口Nafion系列膜,存在底高和活性离子交叉污染严重的关键小case。

近日,由质料科学与工程学院丁美教授,贾传坤教授,和重庆大学孙立东教授共同主导,开发了一种低底、高性能全氟磺酸基复合离子交换膜——Nafion/TiO2纳米管复合膜,并应用于钒电池上。在120 mA cm–2电流密度下,钒电池能量效率高达84.4百分比,稳定循环超过1400次,持续518钟点如该,远高于商业化Nafion膜。易于 得出,在大幅提高了隔膜的离子决定性能底子上,隔膜底大幅降低,具有广泛的商业化应用上景。相关研究结果于2020329日在质料类著名期刊先进能源质料上发表(Advanced Energy Materials, 2020, 1904041, DOI: 10.1002/aenm.201904041,影响因子:24.884)。论文第一作者为我校与重庆大学联合培养博士生叶家业(由我校“省百人TEAM”全日制联合培养),质料学院丁美教授、贾传坤教授、重庆大学孙立东教授为共同通讯作者。                

 

1 钒电池示意图、TiO2纳米管和Nafion/TiO2纳米管复合膜形貌与结构 

 

为进一步研究掺加改性方法对隔膜性能影响,TEAM丁美教授、贾传坤教授与中科院北京纳米能源与系统研究所孙其君教授合作,开发一种低底、超稳定的Nafion/氧化石墨烯复合膜。该膜在厚度仅为商业化膜~80百分比的条件下,钒离子交叉污染比商业化Nafion膜显著降低。在100 mA cm–2电流密度下,钒液流电池稳定循环超过700次容量保持在55.8百分比如该,远高于商业化Nafion膜。相关研究结果于2020313日在亚洲化学上发表(Chem Asian J. 2020, 15, 1–8, DOI: http://dx.doi.org/10.1002/asia.202000140)。论文第一作者为我校质料学院一年级硕士研究生楼雪纯,2017级本科生喻广生为论文第三作者。丁美教授、中科院北京纳米能源与系统研究所孙其君教授为共同通讯作者。

 

                                       2 钒电池与Nafion/GO复合膜示意图

如该 隔膜均为Nafion膜改性,仍然依靠进口卡脖子质料——Nafion。开发国产膜质料对液流电池产业化发展至关要紧。TEAM丁美教授和贾传坤教授开发一种低底Green的磺化聚醚醚酮(SPEEK/木质素(lignin)复合模,并成功应用到液流电池上。该膜表现出比Nafion优越的离子决定性及显著降低的钒离子渗透。在钒电池中表现出达到99.5 百分比的库伦效率,经过长时间循环下电池仍保持良好的性能。相关研究结果在质料类著名期刊膜科学上发表(Journal of Membrane Science, 2019, 572, 110–118SCI一区,ESI 高被引论文)。论文第一作者为我校与重庆大学联合培养博士生叶家业,丁美教授、贾传坤教授为共同通讯作者。    

                                   3 SPEEK/lignin复合膜work原理示意图  

如该 研究work得到了湖南省高层次人才聚集工程、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、公路养护 技术实现 国家工程实验室等porject的资助。

基于如该 隔膜研究成果,丁美教授指导本科生TEAM获得2019互联网+”国赛三等奖,并在2018年和2019年多次获得挑战杯,互联网+等竞赛省级一等奖,其被评为2019年湖南省教育厅优秀创新创业导师

质料科学与工程学院作为我校唯一研究型建造学院,一直实践并探索以创新引领为主要的三全育人模式,把培养具有创新特质的学生作为主要准则,尤其注重引导研究生以产业和底子研究关键小case为研究倾向,聚焦研究上沿和卡脖子小case,挑战区域小case,细节培养研究生的科研系统性、创新性和独立性。建院3年来培养多名优秀研究生在各自区域取得初步成果,获得多项professional区域奖励,人才培养质料得到显著提升。

(文/  贾传坤  /张国强)

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