通过有机改性的MXene实现高选择性质子交换膜，用于钒流电池

《Journal of Polymer Science》：Highly Selective Proton Exchange Membrane Enabled by Organically Modified MXene for Vanadium Flow Battery

质子交换膜（PEM）在钒液流电池（VFB）中的应用存在离子分离难题。本研究开发有机改性MXene（MDP）填充的磺化聚醚醚酮（SPEEK）复合膜，通过共涂聚多巴胺（PDA）和聚乙烯亚胺（PEI）制备MDP，其二维结构有效抑制钒离子渗透，表面官能团促进质子传输，使SPEEK/MDP-1膜选择性达7.1×107 S·min/cm?3，VFB能量效率提升至92.5%。为液流电池PEM性能优化提供新策略。

　　

摘要

对于应用于钒流电池（VFB）中的质子交换膜（PEM），在传导质子的同时很难将电解质离子分离在两个电极之间。在这项工作中，开发了一种新型复合膜：有机改性的MXene（MDP）填充的磺化聚醚醚酮（SPEEK）膜。MDP是通过在MXene表面共涂聚多巴胺（PDA）和聚乙烯亚胺（PEI）制备而成的。MXene的二维结构可以有效减少钒离子的渗透，而涂层中的表面官能团则有助于质子的传输，从而提高了膜的选择性。仅含有1.0 wt% MDP的膜（SPEEK/MDP-1）实现了最高7.1 × 10^7 S min cm^-3的选择性。此外，加载了SPEEK/MDP-1的VFB在40 mA cm^-2的电流密度下，能量效率（EE）达到了约92.5%。这项工作为提高VFB应用中PEM的性能提供了新的方向。

图形摘要

高选择性PEM提高了VFB的能量效率。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。