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鋰漿料液流電池(LSFBs)具有高能量密度和能量、功率密度解耦特性，被視為最有前途的新一代儲能系統。然而，漿料電極中的活性組分可通過多孔膜產生交叉滲透且在無孔膜中的導電性又較低，極大影響電池在實際應用中的循環穩定性。因此開發一款具備高離子電導率，高機械強度且致密無孔低交叉滲透的隔膜迫在眉睫。

張鎖江院士/張海濤Nano Energy：LLZTO/Nafion基離子交換膜用于高倍率鋰漿料液流電池

在此，中科院過程工程研究所的張鎖江院士和張海濤研究員等人通過溶液鑄造的方法制備了一種添加無機陶瓷填料LLZTO的新型無孔Nafion基復合離子交換膜。

圖1. LLZTO/Nafion基離子交換膜中Li+傳導機制

研究表明，PVDF上的極性基團與Nafion-Li形成氫鍵，有利于提高材料的機械強度。LLZTO填料有利于Nafion-Li的解離，釋放更多的Li⁺，且作為活性填料，其允許Li⁺遷移，可以更有效地提高電化學性能，同時，LLZTO(001)表面極化環境的變化伴隨著PVDF聚合物鏈的脫氫氟化和局部共軛結構，有利于Li⁺在顆粒間的輸運。

因此，優化后的 LLZTO/Nafion基離子交換膜具有良好的離子導電性能，可以保證漿態電池的優良性能，組裝改性隔膜的LFP//LTO漿料全電池在0.3C倍率下表現出良好的循環性能，表現出高達99.5%的庫倫效率和93.5%的能量效率。這項工作為制備一種高壓流動蓄電池用復合離子交換膜提供了可行方法。

圖2. LLZTO/Nafion基離子交換膜的電化學性能

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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