Polymeric membranes with aligned zeolite nanosheets for sustainable energy storage

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作者
Yongsheng Xia,Hongyan Cao,Fang Xu,Yuxin Chen,Yu Xia,Dezhu Zhang,Liheng Dai,Kai Qu,Cheng Lian,Kang Huang,Weihong Xing,Wanqin Jin,Zhiheng Li
出处
期刊:Nature sustainability [Springer Nature]
卷期号:5 (12): 1080-1091 被引量:39
标识
DOI:10.1038/s41893-022-00974-w
摘要

Membrane technologies with low environmental impacts and ease of use have a wide spectrum of applications, with the potential to provide more sustainable solutions in domains such as water, energy and pollution treatment. However, the design of membranes is subject to a trade-off between ion conductivity and selectivity. Here we show a composite polymeric membrane that breaks this dilemma and supports both high proton conductivity (80.1 mS cm−1) and good vanadium ion selectivity (2.01 × 105 S min cm−3). Underlying this synthetic success is a flow-processing technique through which zeolite nanosheet fillers are oriented in a preferred direction throughout a polymer Nafion matrix. As a result, pairing this aligned membrane with a vanadium flow battery leads to a high energy efficiency of >80% at 200 mA cm−2 and remarkable stability over 1,000 cycles. This work enables the design of membranes that combine otherwise mutually exclusively properties for many possible applications beyond energy storage.
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