ZAKER生活|新膜技术改善水净化和电池储能可以放大以用于电网规模储能的氧化还原

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可以放大以用于电网规模储能的氧化还原液流电池。图片来源：宋琪蕾，伦敦帝国理工学院
伦敦帝国理工学院的科学家创造了一种新型的膜，可以改善水的净化和电池能量存储的工作。
离子交换膜设计的新方法于2019年12月2日在《自然材料》（NatureMaterials）上发表，该方法使用了具有许多微小亲水（吸引水）孔的低成本塑料膜。它们在较昂贵且难以实际应用的当前技术上进行了改进。
“我们的设计采用了多种用途的新一代膜-改善了生活并促进了可再生能源的存储，例如太阳能和风能，这将有助于应对气候变化。 ”—宋启磊博士
当前的离子交换膜，称为Nafion ，用于净化水并将可再生能源输出存储在燃料电池和电池中。但是， Nafion膜中的离子传输通道尚未明确定义，并且膜非常昂贵。
相比之下，低成本聚合物膜已在膜行业中广泛使用，从水中的盐分和污染物去除到天然气净化，但这些膜通常不导电或选择性低，无法进行离子迁移。
现在，由爱丁堡大学的Imperial博士QileiSong博士和NeilMcKeown教授领导的多机构团队开发了一种新的离子传输膜技术，该技术可以降低电池中存储能量和净化水的成本。
他们开发了基于一类微孔聚合物（称为固有微孔聚合物（PIM））的新型膜，并与Imperial的KimJelfs博士合作，通过计算机模拟改变了其结构单元，以改变其特性。
Fusilli骨干
他们的发明可以促进可再生能源的使用和存储，并增加发展中国家清洁饮用水的供应。
帝国理工大学化学工程系的主要作者宋博士说：“我们的设计采用了多种用途的新一代膜-不仅改善了生活，还促进了太阳能和风能等可再生能源的储存，这将有助于打击气候变化。 ”

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具有有序通道的微孔离子筛膜可实现离子的快速和选择性运输。图片来源：宋琪蕾，伦敦帝国理工学院
聚合物由刚性和扭曲的主链（如意大利面食）制成。它们包含称为“微孔”的微小孔，这些孔提供了刚性，有序的通道，分子和离子可根据其物理大小选择性地通过这些通道。
聚合物也可溶于普通溶剂，因此可以将其浇铸成超薄膜，从而进一步加快离子传输速度。这些因素意味着新膜可用于需要快速和选择性离子迁移的广泛分离过程和电化学装置中。
过滤水
【ZAKER生活|新膜技术改善水净化和电池储能】为了使PIM更加水友好，该团队引入了吸水官能团（称为Tr?ger的碱基和a胺肟基），以允许小盐离子通过，同时保留大离子和有机分子。
该团队证明，当从水中过滤出小的盐离子，以及去除有机分子和有机微污染物用于市政水处理时，它们的膜具有很高的选择性。宋博士说：“此类膜可用于水纳米过滤系统中，并可大规模生产，以为发展中国家提供饮用水。 ”

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膜从水中去除有机分子。图片来源：宋琪蕾，伦敦帝国理工学院
它们还具有足够的特异性，可以从盐水中的镁中滤出锂离子，这种技术可以减少对昂贵的开采锂的需求，而锂是锂离子电池的主要来源。
宋博士说：“也许现在我们可以从海水或盐水库中获取可持续的锂，而不是在地下开采，这将更便宜，更环保，并有助于电动汽车和大规模可再生能源的发展。 ”
改善电池
电池存储和转换由风能和太阳能等可再生资源产生的能量，然后再将其馈入电网并为房屋供电。当可再生能源的电量不足时，例如晚上太阳能电池板不收集能量时，电网可以接入这些电池。