Tailoring porous structure in non-ionic polymer membranes using multiple templates for low-cost iron-lead single-flow batteries

模板 铅(地质) 离子键合 多孔性 材料科学 聚合物 流量(数学) 纳米技术 化学工程 化学 工程类 复合材料 离子 地质学 机械 物理 有机化学 生物化学 地貌学
作者
Jiaxuan Zhang,Amaia Lejarazu-Larrañaga,Fan Yang,Weilong Jiang,Mingruo Hu,Sheng Sui,Haolong Li,Fengjing Jiang
出处
期刊:Energy materials [OAE Publishing Inc.]
卷期号:4 (4) 被引量:9
标识
DOI:10.20517/energymater.2023.113
摘要

Porous ion-selective membranes are promising alternatives for the expensive perfluorosulfonic acid membranes in redox flow batteries. In this work, novel non-ionic porous polyvinylidene fluoride-hexafluoro propylene membranes are designed for iron-lead single-flow batteries. The membranes are prepared using a multiple template approach, involving simultaneously using polyethylene glycol and dibutyl phthalate (DBP) as pore-forming templates. Their porous structure is finely tuned by adjusting the ratio of the two templates. As a result, dual-porous membranes bearing both macro and micropores are obtained. The H3520 membrane with modified porous structure attains a high proton conductivity of 43.5 mS·cm-1 and a relatively low ferric ion diffusion constant (8.61 × 10-8 cm2·min-1) and demonstrates the best balance between these performance-determining parameters (selectivity 5.04 × 105 S·min·cm-3, higher than that of the N115 membrane). Besides, performance tests of the iron-lead single-flow single cells equipped with the dual-porous membranes show a high energy efficiency, exceeding 87.2% at its rated current density, and outstanding cycling stability over 200 charge-discharge cycles. Altogether, the mixed template method presents a promising strategy to prepare high-performance and low-cost non-ionic membranes for redox flow batteries.
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