في 21 يونيو، أفاد مراسل من معهد داليان للفيزياء الكيميائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم أن الباحثين لي شيانفنغ (Li Xianfeng) ولو وينجينغ (Lu Wenjing) بالتعاون مع الباحث تشانغ هونغجون (Zhang Hongjun) من جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية حققوا تقدمًا جديدًا في أبحاث الأغشية الانتقائية للأيونات المستخدمة في بطاريات التدفق السائل. طور الفريق استراتيجية جديدة للربط البيني، مما أدى إلى تصنيع مادة غشائية بوليمرية رفيعة للغاية بسمك 3 ميكرومتر فقط، مع استقرار عالٍ، مما رفع كثافة التيار العامل لبطارية التدفق السائل بالفاناديوم بالكامل إلى 300 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع. نُشرت النتائج في Nature Chemical Engineering.

تتميز الأغشية الانتقائية للأيونات البوليمرية بمزايا مثل التكلفة المنخفضة وسهولة التصنيع على نطاق واسع، مما يجعلها المادة الرئيسية في بطاريات التدفق السائل في السوق حاليًا. ومع ذلك، عادةً ما تمتلك الأغشية التقليدية هياكل مسامية غير منتظمة وغير منظمة، مما يجعل من الصعب تحقيق الفصل الدقيق للمواد النشطة وحوامل الشحنات في بطاريات التدفق السائل.

لحل هذه المشكلة، اقترح فريق لي شيانفنغ استراتيجية جديدة للربط البيني، حيث يتم تقييد تفاعل الربط البوليمري في مساحة بينية محدودة، مما ينتج عنه غشاء بوليمري رفيع للغاية يتكون من طبقة فصل نانوية وطبقة دعم. أظهرت الاختبارات أن الشبكة المتشابكة التساهمية القوية في طبقة الفصل تعزز الاستقرار الميكانيكي للغشاء، حتى مع انخفاض سمكه إلى 3 ميكرومتر، مع الحفاظ على قوة ميكانيكية جيدة.

وكشفت الدراسة أن توزيع حجم المسام في طبقة الفصل يتراوح بين 1.8 إلى 5.4 أنجستروم، وهو مشابه لهياكل المسام المنتظمة في المواد النانوية غير العضوية. يقع هذا التوزيع بين أحجام المواد النشطة وحوامل الشحنات في بطاريات التدفق السائل، مما يتيح الفصل الدقيق للمواد النشطة والتوصيل السريع لحوامل الشحنات. علاوة على ذلك، قلل انخفاض سمك طبقة الفصل النانوية وسمك الغشاء الكلي من مقاومة نقل الأيونات، مما أدى إلى مقاومة سطحية منخفضة للغاية ومعامل نفاذية منخفض للمواد النشطة في نطاق واسع من قيم pH.

للتحقق من جدوى التطبيق، استخدم الفريق هذا الغشاء في بطارية تدفق سائل بالفاناديوم بالكامل، حيث تجاوزت كفاءة الطاقة 80% عند كثافة تيار عالية تصل إلى 300 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع. كما أظهر الغشاء الرفيع أداءً متميزًا في بطاريات التدفق السائل القلوية بالزنك والحديد وبطاريات التدفق السائل العضوية المائية عند كثافات تيار عالية. ومن خلال تغيير نوع عامل الربط، أكد الفريق على شمولية استراتيجية الربط البيني.

توفر هذه الدراسة أفكارًا جديدة لتصميم أغشية رفيعة للغاية تتميز بالاستقرار الميكانيكي العالي، ومقاومة السطح المنخفضة للغاية، ومعامل النفاذية المنخفض، مما يساهم في تحسين كثافة التيار والقدرة في بطاريات التدفق السائل المائية المختلفة.