Primárnou funkciou membrány v redox prietokovej batérii je transport iónov medzi zápornou a kladnou stranou batérie a zabránenie prechodu redox aktívnych materiálov (vanádiové ióny v prípade vanádiových redox prietokových batérií). Ďalej musí zabrániť nadmernému prenosu rozpúšťadla (vody). Mnohé komerčne dostupné membrány a separátory neboli špeciálne navrhnuté pre túto aplikáciu a vykazujú špecifické funkčné nedostatky. V súčasnosti sa v redox prietokových batériách používa niekoľko typov membrán a separátorov:
- Iónomeničové membrány
- Katiónové výmenné membrány (CEM). CEM predstavujú nízku iónovú rezistenciu v kyslých roztokoch v dôsledku pôvodne vysokej mobility protónov v nich. Aplikácia CEM v batériách s redoxným prietokom vanádu však vedie k relatívne vysokému prechodu kladne nabitých iónov vanádu cez membránu. Napriek tomu si CEM zachovávajú vysokú chemickú stabilitu a vodivosť.
- Aniónová výmenná membrána (AEM). Aniónová výmenná membrána vykazuje nižšiu vodivosť a znížené kríženie, čím rieši niektoré problémy, ktoré predstavuje katiónová výmenná membrána.
- Separátory. Separátory sú typicky konštruované z neiónových polymérov, ako je poly(étersulfón). Tieto materiály často nedokážu vytvoriť účinnú fyzickú bariéru pre ióny, čo môže mať za následok vysoký prechod. Separátory však vo všeobecnosti vykazujú nižší odpor v porovnaní s iónomeničovými membránami. Odolnosť možno ďalej znížiť zmenšením hrúbky materiálu. Primárna výhoda separátorov spočíva v ich nákladovej efektívnosti, ktorá môže mať cenu nižšiu ako 50 USD za meter štvorcový.
- Membrány na báze polybenzimidazolu (PBI). Tieto materiály patria do triedy charakterizovanej vysokou chemickou a oxidačnou stabilitou. V kyslom prostredí sa PBI podrobuje protonácii, čím sa získajú vlastnosti výmeny aniónov. Tieto materiály však typicky vykazujú relatívne nízku vodivosť.
- Dvojvrstvové a asymetrické membrány. Štruktúru membrány/separátora je možné upraviť kombináciou rôznych typov materiálov. Táto kombinácia umožňuje upraviť rýchlosť prechodu manipuláciou s typmi použitých materiálov a ich príslušnými hrúbkami. To pomáha pri zmierňovaní úbytku kapacity, čo vedie k zlepšeniu celkového výkonu batérie.
V INO-HUB Energy vykonávame literárnu rešerš a plánujeme prebiehajúci výskum a vývoj membrán a separátorov pre redox prietokové batérie. Výskumné aktivity by mali byť zamerané na:
- zníženie iónovej odolnosti membrán/separátorov,
- zlepšenie bariérových vlastností,
- optimalizáciu transportu elektrolytu (vody),
- zabezpečenie chemickej stability materiálov po dobu životnosti nad 10 rokov.
POĎAKOVANIE:
Táto práca bola podporená projektom: IPCEI_IE_FLOW_BESS_012021
