Komerční membrány pro vanadové průtočné baterie: vliv iontově-výměnné kapacity a vnitřní struktury membrány

Abstract

V rámci této studie je testována řada perfluorosulfonových membrán pro použití ve vanadových redoxních bateriích (VRFB): konkrétně membrány o konstantní tloušťce 50 μm s různou iontoměničovou kapacitou v rozmezí od 0,56 do 1,15 mol ekv. g-1. Pomocí UV / Vis spektroskopie by měřen difuzní tok vanadových iontů v různém oxidačním. Nejvyšší propustnost iontů vykazuje vanadový iont v oxidačním stavu 2+ a přispívá tak nejvíce k samovybíjení baterie. Mechanismus přetoku vanadových iontů je diskutován pro všechny oxidační stavy. Jednotlivé membrány jsou v baterii charakterizovány pomocí EIS, pomocí měření zátěžových křivek a nabíjecích - vybíjecích cyklů při různých proudových hustotách od 50 do 200 mA cm-2. Obecně platí, že při nižších proudových hustotách propustnost iontů vanadu snižuje účinnost baterie a díky tomu jsou membrány s nižší ionto-výměnnou kapacitou vhodnější. Současně při vyšší proudové hustotě je účinnost baterie snížena odporem membrány. Ionto-výměnná kapacita však není jedinou vlastností membrány, která ovlivňuje výkonnost VRFB. Studie membrán pomocí SAXS odhalila vliv molekulární struktury polymeru na velikost hydrofilních domén, které ovlivňují transportní vlastnosti membrány.