水系有机液流电池（Aqueous organic redox flow battery，AORFB），以水溶性有机物的可逆氧化还原反应实现电能和化学能的转换，具有成本低、灵活性好、易扩展和本征安全的特点，是规模储能的新兴技术。离子膜是AORFB的核心部件，其对离子的快速、选择性传导是AORFB实现快速充放电、高能量效率、低容量衰减速率等的关键。目前报道的高性能离子膜主要是自具微孔离子膜、超微孔离子膜和微孔框架离子膜等，它们主要是利用了离子跨膜传输的限域效应，同时实现膜的高传导性和高选择性。这些材料制备过程涉及多步反应和强酸性化学试剂，如何基于简单易得的商品化聚合物制备微孔离子膜是发展高性能AORFB隔膜的一大挑战。 近日，中国科学技术大学徐铜文教授团队提出传统离子膜原位超交联制备微孔离子膜的策略，他们基于商业季铵化聚苯醚（QPPO），通过Friedel-Crafts烷基化反应制备了超交联微孔离子膜HC-QPPO（如图1）。该膜孔径分布0.4 ~ 0.9 nm，具有低溶胀率（8.4% @ 30℃）、高电导率（23.6 mS cm-1 @ 30℃）和对有机活性分子的高阻隔性（BTMAP-Vi的跨膜渗透系数3.4 × 10-11 cm2 s-1）。
图1. 本文设计思路及超交联微孔离子膜HC-QPPO 他们以HC-QPPO为隔膜、0.5 M BTMAP-Vi/TEMPTMA为正负极电解质，组装了中性AORFB。该电池峰值放电功率密度达302.4 mW cm-2；展示出优异的倍率性能，充放电电流密度达300 mA cm-2；在150 mA cm-2下高效稳定运行，能量效率70.5%，容量衰减速率低至0.0017%每圈，整体性能优于传统离子膜和部分已报道的AORFB隔膜（图2）。该工作为构建高性能微孔离子膜提供了一种简便的策略。 图2. 以超交联微孔离子膜组装的水系有机液流电池功率密度、倍率性能和循环性能等 论文信息 Constructing Microporous Ion Exchange Membranes via Simple Hypercrosslinking for pH-Neutral Aqueous Organic Redox Flow Batteries Dr. Kang Peng, Chao Zhang, Junkai Fang, Dr. Hongyun Cai, Rene Ling, Yunxin Ma, Gonggen Tang, Dr. Peipei Zuo, Prof. Zhengjin Yang, Prof. Tongwen Xu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202407372
