承载含氮杂环衍生物的高岭石纳米空腔：对钒液流电池性能的影响（可供购买）

《Journal of Materials Chemistry A》：Kaolinite nanocavities hosting N-heterocycle derivatives: effects on vanadium redox flow battery performanceAvailable to Purchase

　　钒的交叉渗透和化学降解仍然是钒氧化还原液流电池（VRFB）中聚合物电解质膜的根本性限制，主要源于缺乏在不损害质子传输的前提下实现分子水平离子阻挡的有效手段。在本研究中，我们提出了一种复合膜设计策略，利用高岭土固有的空腔结构，通过热封装技术将氮杂环分子——吡啶并苯并咪唑（PBI）、三唑（TA）和甲基咪唑（MI）进行固定化，随后将其整合到磺化聚醚酮（SPEEK）基体中。高岭土骨架有效地限域了杂环结构单元，防止其溶出，同时与钒物种产生强烈的静电和配位相互作用。因此，复合膜表现出显著的钒离子排斥和离子扩散抑制，这源于Donnan排斥效应与封装杂环产生的局部分子屏障的协同作用。优化的S-K-PBI膜在含有1.5 M VO??离子的2.0 M H?SO?中表现出优异的氧化稳定性，并提供了出色的电化学性能：在100 mA cm?2电流密度下经历275次充放电循环，库仑效率（CE）达到97.73%，电压效率（VE）达到81.99%，能量效率（EE）达到80.12%。此外，峰值功率密度约为300 mW cm?2，开路电压保持时间超过235分钟，证实了有效的钒交叉渗透抑制。该膜的实际可行性在7.2 W三电池VRFB电池堆中得到了进一步验证，在160次循环中平均效率保持为93.80%（CE）、84.78%（VE）和79.52%（EE）。本研究确立了氮杂环封装高岭土作为构建高选择性和耐久性膜的功能性宿主平台，适用于先进的VRFB系统。图形摘要：一种复合膜，其中氮杂环通过热封装固定在高岭土空腔中，并嵌入SPEEK基体中。Donnan排斥和局部离子排斥抑制了钒的交叉渗透，同时实现了质子传输和耐久性VRFB运行。