7.9 µm Turing Membranes with High Ion Conductivity for High Power Density Zinc‐Based Flow Battery

材料科学 电导率 电解质 功率密度 离子 离子运输机 电流密度 流动电池 化学工程 纳米技术 化学物理 功率(物理) 化学 电极 热力学 物理 物理化学 有机化学 生物化学 量子力学 工程类
作者
Jine Wu,Chenyi Liao,Tianyu Li,Wenjing Lu,Wei Xu,Bangjiao Ye,Guohui Li,Hongjun Zhang,Xianfeng Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (22) 被引量:20
标识
DOI:10.1002/aenm.202300779
摘要

Abstract Ion conductive membranes with rapid and selective ion transport are in high demand for high‐power energy storage devices. Surface periodic Turing microstructures are scientifically compelling for their high specific surface area which can promote ion transport of membranes. Here, high‐conductivity thin Turing membranes prepared by Co 2+ coordination with polybenzimidazole (OPBI) are designed and their efficient ion transport in the alkaline zinc‐iron flow battery (AZIFB) is demonstrated. In this design, the Turing structure increases the effective contact area with the electrolyte, and the 7.9 µm thickness shortens the transmembrane pathway for ions. Molecular dynamics simulations further show that Co 2+ ‐coordination enlarges the inner‐chain volume of membranes and forms continuous water channels for rapid ion transport. The boosting effect of membranes with high ion conductivity is proven by the peak power density and energy efficiency of the AZIFB, which shows an ultrahigh peak power density of 1147 mW cm −2 and demonstrates an energy efficiency of 80% even at a high current density of 200 mA cm −2 .
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