国产精品igao视频网网址不卡日韩,亚洲综合在线电影,亚洲婷婷丁香,黄色在线网站噜噜噜

  大規(guī)模儲能技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)間歇性可再生能源穩(wěn)定并入電網(wǎng)至關(guān)重要。在新興儲能方案中，氧化還原液流電池因其固有的安全性、功率與容量解耦的擴(kuò)展性及卓越的循環(huán)耐久性等獨(dú)特優(yōu)勢，已成為長時儲能領(lǐng)域的重要候選技術(shù)之一。其中，全釩液流電池（VFB）在基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面均取得重大突破。然而，過高的系統(tǒng)成本仍制約其廣泛商業(yè)化，這凸顯了對材料與部件進(jìn)行深度優(yōu)化的迫切需求。作為影響電池性能的核心組件，離子交換膜對系統(tǒng)效率、循環(huán)壽命和經(jīng)濟(jì)性具有決定性作用。盡管全氟磺酸膜（如Nafion系列）憑借其高離子傳導(dǎo)率和優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性，當(dāng)前被視作釩電池應(yīng)用的基準(zhǔn)膜材料，但其過高的釩離子滲透率和高昂的成本限制了大規(guī)模應(yīng)用。因此，理想的離子交換膜需同時滿足以下嚴(yán)苛要求：（i）實(shí)現(xiàn)快速的電荷平衡離子傳輸；（ii）有效抑制釩離子跨膜遷移；（iii）在苛刻工況下保持長期化學(xué)與機(jī)械穩(wěn)定性；（iv）具備低成本可制造性以支持規(guī)模化生產(chǎn)。

  近期，大連理工大學(xué)朱秀玲教授團(tuán)隊通過將含氟聚（芳基-吡啶）混入磺化的三碟烯支化聚（芳基-靛紅）成功構(gòu)建了兩性離子膜（SPTIP/PFNP-x），實(shí)現(xiàn)了兩者互補(bǔ)優(yōu)勢的協(xié)同整合。研究表明，磺酸基團(tuán)與吡啶鎓基團(tuán)間的陽離子-陰離子相互作用形成致密氫鍵網(wǎng)絡(luò)，而三碟烯的支型立體結(jié)構(gòu)則擴(kuò)展了聚合物鏈自由體積。這種雙重優(yōu)化機(jī)制實(shí)現(xiàn)了高效的電荷平衡離子傳輸。同時，離子交聯(lián)結(jié)構(gòu)結(jié)合質(zhì)子化吡啶鎓產(chǎn)生的唐南效應(yīng)有效抑制了釩離子的跨膜滲透，從而獲得卓越的離子選擇性。此外，三碟烯支化結(jié)構(gòu)與兩性離子相互作用形成的雙重交聯(lián)效應(yīng)，配合化學(xué)穩(wěn)定的無醚主鏈及吡啶鎓離子基團(tuán)，賦予膜材料增強(qiáng)的機(jī)械與化學(xué)穩(wěn)定性。優(yōu)化后的膜使釩液流電池在200 mA cm^-2條件下實(shí)現(xiàn)83.1%的能量效率，并展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（120 mA cm^-2下完成2000次循環(huán)，且在300 mA cm^-2下仍可穩(wěn)定循環(huán)500次）。這項工作為設(shè)計具有定制結(jié)構(gòu)和多功能性的先進(jìn) VFB 膜提供了一條新途徑。

  2025年10月8日，該工作以“Functional Integration in Tailored Polymers Enables Zwitterionic Membranes with Selective Ion Transport and Enhanced Stability”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》，論文的第一作者為大連理工大學(xué)博士研究生班濤，通訊作者為朱秀玲教授。

圖1. 制備兩性離子膜的分子工程策略。圖中展示了所設(shè)計聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及膜中陽離子-陰離子相互作用的機(jī)制

圖2. 分子結(jié)構(gòu)及納米尺度表征。（a）SPIP 與（b）SPTIP 的結(jié)構(gòu)單元、三維表示及其模擬無定形晶胞。（c）SPIP 與 SPTIP 在 273 K 下的 CO₂吸附-脫附等溫線（實(shí)心符號：吸附；空心符號：脫附）。原子力顯微鏡相圖揭示了（d）SPIP 與（e）SPTIP 的納米相分離形貌，其中藍(lán)色與紅色區(qū)域分別對應(yīng)親水性離子團(tuán)簇與疏水性聚合物域

圖3. SPTIP及SPTIP/PFNP-x膜的結(jié)構(gòu)表征。（a） SPTIP、SPTIP/PFNP-10、SPTIP/PFNP-30和SPTIP/PFNP-50膜的XPS全譜及（b-e）高分辨率N 1s XPS譜。（f） SPTIP與SPTIP/PFNP-x膜的FTIR譜圖。（g）SPTIP膜表面SEM圖像（插圖為實(shí)物照片）及（h）截面SEM顯微圖。（i）SPTIP/PFNP-30膜表面SEM圖像（插圖為實(shí)物照片）、（j）截面視圖及（k）EDS元素面分布圖

圖4. 理化性質(zhì)與離子傳輸行為表征。（a）吡啶與磺酸基團(tuán)的靜電勢分布計算。（b）SPTIP/PFNP-10、SPTIP/PFNP-30與SPTIP/PFNP-50膜的AFM相圖。（c）室溫下3.0 M H₂SO₄中的電解液吸收率與溶脹率。（d）水合狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（e）VO²⁺的紫外-可見吸收光譜及（f）在40℃、0.1 M VO₂⁺ + 3.0 M H₂SO₄溶液中化學(xué)穩(wěn)定性測試后的VO₂⁺還原率。（g）SPTIP/PFNP-30膜穩(wěn)定性測試前后的FTIR譜圖對比。（h）SPTIP、SPTIP/PFNP-x與Nafion 212膜在室溫3.0 M H₂SO₄中的面電阻。（i）質(zhì)子傳導(dǎo)的Arrhenius曲線及相應(yīng)活化能

圖5. 釩離子阻隔性能與離子選擇性。（a）裝配不同膜的H型擴(kuò)散池在初始（0 h）與最終（156 h）階段的實(shí)物照片（左室：1.5 M VOSO₄ + 3.0 M H₂SO₄，右室：1.5 M MgSO₄ + 3.0 M H₂SO₄）。（b）SPTIP、SPTIP/PFNP-x與Nafion 212膜中VO²⁺滲透過程的UV-Vis吸收光譜。（c）滲透側(cè)VO2?濃度隨時間變化曲線。（d）不同膜的VO²⁺滲透率定量對比。（e）SPTIP/PFNP-x膜與代表性膜的面電阻-釩滲透率對標(biāo)圖。（f）SPTIP、SPTIP/PFNP-x與Nafion 212膜的離子選擇性。（g）調(diào)控離子選擇性的膜結(jié)構(gòu)特征機(jī)理示意圖

圖6. 電池性能。 （a） 釩液流電池結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。 （b）采用SPTIP、SPTIP/PFNP-30與Nafion 212膜的電池在60-200 mA cm^-2電流密度范圍內(nèi)的能量效率對比。（c）通過開路電壓衰減監(jiān)測的自放電行為。（d）100% SOC下電壓與功率密度隨電流密度變化的極化曲線。（e）采用SPTIP、SPTIP/PFNP-30與Nafion 212膜的電池在120 mA cm^-2下循環(huán)300次的容量保持率。（f）SPTIP/PFNP-30膜與近期報道膜組裝的電池在120 mA cm^-2下的容量保持率對比。（g）基于SPTIP/PFNP-30膜的電池在120 mA cm^-2下的長期循環(huán)穩(wěn)定性。（h）SPTIP/PFNP-30膜組裝的電池在寬電流密度范圍（100-400 mA cm^-2）下的效率變化。（i）SPTIP/PFNP-30膜與文獻(xiàn)報道的離子膜材料組裝電池的能量效率對比

  論文信息

  T. Ban,Y. Xu, K. Shen, et al. Functional Integration in Tailored Polymers Enables Zwitterionic Membranes with Selective Ion Transport and Enhanced Stability. Adv. Funct. Mater. 2025: e17813.

  https://doi.org/10.1002/adfm.202517813