Polymeric membranes with aligned zeolite nanosheets for sustainable energy storage

沸石 材料科学 流动电池 储能 化学工程 选择性 电导率 纳米技术 电池(电) 化学 工程类 有机化学 催化作用 物理化学 功率(物理) 冶金 物理 量子力学 生物化学
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,Zhi Xu
出处
期刊:Nature sustainability [Nature Portfolio]
卷期号:5 (12): 1080-1091 被引量:138
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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