Hybrid Membranes Dispersed with Superhydrophilic TiO2 Nanotubes Toward Ultra‐Stable and High‐Performance Vanadium Redox Flow Batteries

材料科学 流动电池 Nafion公司 超亲水性 法拉第效率 氧化还原 化学工程 电极 纳米技术 电化学 复合材料 化学 接触角 电解质 工程类 物理化学 冶金 生物化学
作者
Jiaye Ye,Xiaoli Zhao,Yanlong Ma,Jun Su,Chengjie Xiang,Kaiqi Zhao,Mei Ding,Chuankun Jia,Lidong Sun
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (22) 被引量:172
标识
DOI:10.1002/aenm.201904041
摘要

Abstract The vanadium redox flow battery (VRFB) is a large‐scale energy storage technique and has been regarded as a promising candidate to integrate intermittent renewable energy with the grid. Its long‐term stability has so far been limited by the core component, an ion exchange membrane with low ion selectivity. Here a hybrid membrane with superhydrophilic TiO 2 nanotubes dispersed in a Nafion matrix is reported. The VRFB single cell with the hybrid membrane exhibits an impressive performance with high coulombic efficiency (CE, ≈98.3%) and outstanding energy efficiency (EE, ≈84.4%) at 120 mA cm −2 , which is higher than that of the commercial Nafion 212 membrane (CE, ≈94.5%; EE, ≈79.2%). More importantly, the cell maintains a discharge capacity of ≈55.7% after 1400 cycles (over 518 h), in obvious contrast to that of ≈20% after only 410 cycles for the one using commercial Nafion 212. This is attributed to the high ion selectivity of the hybrid membrane, because of, 1) the blocked and elongated ion diffusion pathway induced by the dispersed nanotubes and 2) binding and alignment of the sulfonic acid groups on nanotube surface. The high‐performance membranes may also find important applications in other fields, such as fuel cells, dialytic batteries, and water treatment.
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