As membranas poliméricas ultrafinas permitem transporte de íons seletivos e rápidos para armazenamento de energia

As membranas poliméricas são amplamente utilizadas em tecnologias de separação devido ao seu baixo custo e fabricação facilmente escalável. No entanto, diferentemente dos materiais nanoporosos inorgânicos, como estruturas metal-orgânicas e estruturas orgânicas covalentes, que apresentam canais periódicos e ordenados, as membranas poliméricas produzidas através de métodos tradicionais-como a separação de fases-têm estruturas de poros irregulares e desordenadas.

Essa limitação estrutural dificulta a separação com precisão de íons ou moléculas de tamanhos semelhantes, levando a uma troca entre seletividade e permeabilidade.

Em um estudo publicado em Nature Chemical Engineeringuma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Li Xianfeng, do Instituto Daliano de Física Química (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), desenvolveu uma nova estratégia de reticulação de polímero interfacial para fabricar ultra-finas Membranas poliméricas com camadas de separação em nanoescala.

As membranas poliméricas fabricadas de 3 μm de espessura foram aplicadas em baterias de fluxo de vanádio, permitindo a operação em uma alta densidade de corrente de 300 mA/cm².

“Desenvolvemos uma estratégia nova e simples para reduzir a espessura da membrana, o que reduz significativamente a resistência ao transporte de íons”, disse o Prof. Li.

Usando essa estratégia, os pesquisadores construíram uma camada de separação reticulada em nanoescala no topo de uma camada de suporte polimérico. A estrutura estável e reticulada covalentemente permitiu que a espessura geral da membrana fosse reduzida para apenas 3 μm. Ao variar o tempo de reticulação e os tipos de agentes, os pesquisadores podem ajustar a espessura e a morfologia da camada de separação.

As cáries entre o Correntes de polímero variou de 1,8 a 5,4 Å de tamanho-formando uma estrutura reticular quase ordenada que permite a peneira precisa de íons em escala de Angstrom.

Essa estrutura atinge simultaneamente a alta seletividade de íons e baixa resistência, superando efetivamente a permeabilidade tradicional e a troca de seletividade. A capacidade de alta de tamanho de tamanho da membrana e resistência de baixo transporte resultaram em uma bateria de fluxo de vanádio com um eficiência energética de 82,38% a 300 Ma/cm².

“Nosso estudo abordou desafios de longa knowledge no design da membrana polimérica e oferece avanços significativos para as tecnologias de separação e armazenamento de energia baseadas em membrana”, disse o Prof. Li.