张锁江院士/张海涛Nano Energy：LLZTO/Nafion基离子交换膜用于高倍率锂浆料液流电池

锂浆料液流电池(LSFBs)具有高能量密度和能量、功率密度解耦特性，被视为最有前途的新一代储能系统。然而，浆料电极中的活性组分可通过多孔膜产生交叉渗透且在无孔膜中的导电性又较低，极大影响电池在实际应用中的循环稳定性。因此开发一款具备高离子电导率，高机械强度且致密无孔低交叉渗透的隔膜迫在眉睫。

在此，中科院过程工程研究所的张锁江院士和张海涛研究员等人通过溶液铸造的方法制备了一种添加无机陶瓷填料LLZTO的新型无孔Nafion基复合离子交换膜。

图1. LLZTO/Nafion基离子交换膜中Li+传导机制

研究表明，PVDF上的极性基团与Nafion-Li形成氢键，有利于提高材料的机械强度。LLZTO填料有利于Nafion-Li的解离，释放更多的Li⁺，且作为活性填料，其允许Li⁺迁移，可以更有效地提高电化学性能，同时，LLZTO(001)表面极化环境的变化伴随着PVDF聚合物链的脱氢氟化和局部共轭结构，有利于Li⁺在颗粒间的输运。

因此，优化后的 LLZTO/Nafion基离子交换膜具有良好的离子导电性能，可以保证浆态电池的优良性能，组装改性隔膜的LFP//LTO浆料全电池在0.3C倍率下表现出良好的循环性能，表现出高达99.5%的库伦效率和93.5%的能量效率。这项工作为制备一种高压流动蓄电池用复合离子交换膜提供了可行方法。

图2. LLZTO/Nafion基离子交换膜的电化学性能

High rate lithium slurry flow batteries enabled by an ionic exchange Nafion composite membrane incorporated with LLZTO fillers, Nano Energy 2023 DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108174

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张锁江院士/张海涛Nano Energy：LLZTO/Nafion基离子交换膜用于高倍率锂浆料液流电池

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