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        UT Austin余桂華團隊Chem:可控的氧化石墨烯膜在液流電池中的嘗試性應(yīng)用

        UT Austin余桂華團隊Chem:可控的氧化石墨烯膜在液流電池中的嘗試性應(yīng)用
        鴻凱智能  2018-04-07  |  閱讀:1494

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        近期,德克薩斯大學奧斯汀分校(UT Austin)余桂華教授領(lǐng)導的團隊和中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所劉兆平研究員合作,通過利用氧化石墨烯片堆疊的二維納米結(jié)構(gòu)以及水分子可以在其中快速傳輸?shù)奶匦裕O(shè)計了一種具有不同于大多數(shù)聚合物膜的離子傳導機制的新隔膜。


        文章轉(zhuǎn)載自公眾號:X-MOL資訊


        氧化石墨烯膜的工作原理設(shè)計以及在水系液流電池中的應(yīng)用。圖片來源:Chem


          通過選擇尺寸較大的分子或者金屬配合物作為活性物質(zhì),氧化石墨烯膜取得了非常高的離子選擇性,同時又可以允許支持電解質(zhì)在兩邊快速的傳輸來傳導電荷。而且,氧化石墨烯本身又可以進行低成本大規(guī)模的制備。這一系列的特性都預(yù)示著氧化石墨烯膜作為新型的隔膜在水系液流電池中的潛在應(yīng)用。

          首先,為了探索氧化石墨烯膜在液流電池中的潛在應(yīng)用,研究人員選取了多種類型的氧化還原電對,分別適用于酸性、堿性和中性電解液。另外,氧化石墨烯作為膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑單元,一是可以通過調(diào)節(jié)氧化石墨烯表面的含氧官能團實現(xiàn)離子傳輸行為的調(diào)控,二是也可以通過添加具有特定官能團的高分子,例如細菌纖維素等,來進一步調(diào)控內(nèi)在的納米孔道結(jié)構(gòu)以及增強相關(guān)的機械性能和化學穩(wěn)定性。


        氧化石墨烯膜在不同溶液中的離子滲透行為和在酸性、堿性和中性溶液中的離子傳導率。圖片來源:Chem


          研究人員選擇性制備了三種具有不同納米孔道結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯基的膜,分別是LGO(低氧化程度)、HGO(高氧化程度)和HGO-BC(HGO和BC的復合膜),其中BC是細菌纖維素。通過在不同水溶液中的離子滲透實驗,研究人員證明了氧化石墨烯膜具有對多種活性分子實現(xiàn)有效的阻擋穿透的能力,意味著在這些潛在的液流電池體系中,石墨烯膜可以避免或者有效降低交叉污染問題。

          另外,研究人員進一步發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯膜可以在硫酸、氫氧化鉀和氯化鉀水溶液中同時表現(xiàn)出較高的離子電導率。一方面,氧化石墨烯片堆疊的二維納米結(jié)構(gòu)由于具有均勻的孔道結(jié)構(gòu)所以表現(xiàn)出強烈的尺寸分離效果;另一方面,氧化石墨烯表面的帶電官能團不僅能提供電荷排斥效應(yīng)還可以促進電解質(zhì)傳導,例如質(zhì)子等。因此,其在硫酸溶液中表現(xiàn)出最高的離子電導率,甚至可以達到和Nafion膜相當?shù)乃?。隨后,為了驗證氧化石墨烯膜作為液流電池隔膜的效果,研究人員選取了堿性溶液體系:亞鐵氰化鉀(正極,K4Fe(CN)6)和核黃素磷酸鈉(負極,F(xiàn)MN-Na)。

          在相同體系下,氧化石墨烯膜表現(xiàn)出和Nafion膜相近的充放電曲線,另外在40毫安每平方厘米的電流密度下可以穩(wěn)定循環(huán)300圈,同時庫倫效率高達98%以上??傊?,這種低成本的具有二維納米流道結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯膜在水系液流電池體系中表現(xiàn)出穩(wěn)定優(yōu)異的電化學行為。


        氧化石墨烯膜在水系液流電池中的電化學性能。圖片來源:Chem


          該研究工作通過利用氧化石墨烯的二維納米流道結(jié)構(gòu)以及特殊的離子傳輸機制設(shè)計了一種具有潛力的水系液流電池隔膜,為進一步構(gòu)建低成本高性能的下一代液流電池提供了新的思路和更多的可能性。這一成果近期在線發(fā)表在Cell Press旗下的綜合性化學期刊Chem 上。


        來源:X-MOL資訊

        (以上文章系轉(zhuǎn)載,并不代表本聯(lián)盟觀點,如涉及版權(quán)等問題,請聯(lián)系我們以便處理)


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