李慧云研究员团队关于离子交换膜在储能领域的研究取得进展

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近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所汽车电子研究中心李慧云研究员团队，通过开发新型离子交换膜显著提升了液流电池的循环性能与能量效率。相关研究成果以In Situ Grown Tungsten Trioxide Nanoparticles on Graphene Oxide Nanosheet to Regulate Ion Selectivity of Membrane for High Performance Vanadium Redox Flow Battery为题在线发表于国际知名期刊Advanced Functional Materials（IF: 18.808）上。深圳先进院助理研究员叶家业为论文第一作者，李慧云研究员和材料所先进电子材料研究中心于淑会研究员为共同通讯作者。
　　大力发展利用绿色能源是实现“碳达峰、碳中和”目标的必经之路。到2030年，风能、太阳能等的总装机容量将达到12亿kW以上。而风能、太阳具有不连续、不稳定等特点，需要配套大型储能系统使用。其中，液流电池是一种极具发展潜力的大规模能源存储系统。全钒液流电池（VRFB）具有独立的功率和容量、高可靠性和灵活性，是最有前途的液流电池之一。在液流电池中，离子交换膜用于防止阴极/阳极短路、避免电解质交叉和副反应发生，同时允许质子传导而保持电池电中性。迄今为止，全氟磺酸（PFSA）膜是VRFB中应用最广泛的离子交换膜。但由于PFSA膜的钒离子渗透性严重，导致电池寿命短和性能不理想，阻碍了VRFB进一步应用和发展。

复合膜结构以及阻止钒离子渗透示意图

　　鉴于此，该团队在前期工作——维功能化碳化硅纳米线复合膜（Chemical Engineering Journal, 2022, 427, 131413）的基础上，开发了一种基于二维纳米杂化材料和聚四氟乙烯增强层的PFSA复合膜，即在氧化石墨烯纳米片表面原位生长三氧化钨纳米颗粒作为填料协同聚四氟乙烯增强层对PFSA进行改性的复合膜。研究结果表明，该复合膜具有：低钒离子渗透率、良好的质子传导率、高离子选择性、优异的机械稳定性和化学稳定性等特点。在120 mA cm–2电流密度下，采用该复合膜的VRFB表现出良好的库伦效率（高于98%）和能量效率（高达88.9%），容量保持率远高于商业化的Nafion 212膜。
　　该工作得到了深圳市科技计划项目等资助。同时，感谢喻学锋研究员团队的李佳副研究员、刘志锴博士，杜学敏研究员团队的黄超博士，以及唐永炳研究员团队的周小龙副研究员等在实验测试上的支持。
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          文章来源：深圳先进院
         李慧云研究员，博士生导师，2006年加入中国科学院深圳先进技术研究院，现任先进集成技术研究所副所长，汽车电子研究中心主任，深圳市无人驾驶感知决策控制工程实验室主任。2019年7月兼任中国科学院深圳理工大学（筹）计算机与工程学院筹备组成员。李慧云博士是科技部新一代人工智能专家、广东省专家库专家及深圳市科技专家库专家。李慧云教授的研究方向是：自动驾驶、人工智能、机器视觉，带领团队承担了中科院、国家、地方多个技术攻关、重点实验室建设。发表学术论文100余篇，专著2本。授权发明专利20余项。李慧云博士于2020年获得深圳市科学技术奖励科技进步奖一等奖，2019年获得吴文俊人工智能科学技术发明奖三等奖，2016年获国家密码管理局党政密码（省部级）科学技术进步奖一等奖，北京市科技技术奖二等奖等多个奖项。并参与制定国家行业标准1项，牵头制定企业标准2项。