新型混合膜让液流电池走向电网规模的能源储存

当涉及到电网规模的可再生能源存储时，由于氧化还原液流电池可以在巨大的储罐中以相对较低的成本容纳大量的可再生能源，所以它们拥有巨大的发展前景。调节这些储能器之间的能量流动需要一个膜，而中国的科学家已经为这个关键部件提出了一个新的设计从而解决了一些缺陷并使该技术更接近于实现其潜力。

虽然像特斯拉在南澳大利亚建造的大型锂离子电池是储存可再生能源的一种方式，但这些电池的组装成本高达数千万美元。氧化还原液流电池–即把能量储存在巨大的槽内的液体电解质中–则提供了一个更便宜的替代方案，并且还可以一次储存几个月的能量，正如目前在德国开发的世界上最大的氧化还原液流电池所计划的那样。

这些类型的电池的一个流行的化学成分是靠金属钒作为电解质，而这些钒氧化还原液电池的最常见的膜材料是全氟磺酸(PFSA)。然而，这样做的一个问题是，钒离子容易渗透到膜中，使整个电池不稳定，影响其性能并缩短其寿命。

中国科学院的研究人员已经瞄准了这个问题，他们通过一种混合材料对膜的功能进行微调。三氧化钨纳米粒子在非常细的氧化石墨烯片的表面上原位生长，据悉，氧化石墨烯是一种可通过石墨氧化制成的单层石墨片。

这些薄片被嵌入到一种新型的PFSA膜中，该膜具有夹层结构，另还用一薄层聚四氟乙烯（特氟龙的基础）进行了加固。这里看到了氧化石墨烯片作为屏障以有选择性地减少了钒离子的渗透，而纳米颗粒课作为活性位点，进而促进了质子的运输，使库伦布效率和能源效率都变得很高–分别超过98.1%和88.9%。

研究人员们表示，这不仅超过了市售膜的效率，并与此同时还解决了稳定性问题。总的来说，该团队表示，实验表明混合膜非常适用于钒氧化还原液流电池，但它的潜力可能还不止于此。他们注意到燃料电池技术和水过滤等领域，这些领域还依靠精细调整的膜来允许离子的选择性通过，同时还可以从该设计中受益。