Tungsten oxide embedded graphene oxide doped with SPEEK composite membrane for zinc–bromine redox flow batteries

石墨烯 氧化还原 氧化物 材料科学 兴奋剂 复合数 无机化学 化学工程 化学 纳米技术 冶金 复合材料 光电子学 工程类
作者
Velu Duraisamy,Dabin Han,Sangaraju Shanmugam
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:611: 234762-234762
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234762
摘要

Zinc-bromine redox flow batteries (Zn/Br2 RFBs) are fingerprint candidates for large-scale energy storage applications owing to their low cost, flexibility, high energy density, and astonishing round-trip efficiency. However, during the charging and discharging process, the diffusion of bromine through the porous membrane creates significant capacity decay and reduces the membrane efficiency of Zn/Br2 RFBs. In this respect, we developed various amounts of tungsten trioxide (WO3) nanoparticle-decorated graphene oxide (WO3@GO)-loaded sulfonated poly (ether ether ketone) (SPEEK) membranes and investigated their Zn/Br2 redox flow battery performance. The optimum amount of WO3@GO-loaded WO3@GO/SPEEK-3 membrane exhibits higher mechanical stability and ionic conductivity, significantly restricting the bromine crossover through the membrane. Due to their higher hydrophilic ability and uniform dispersion, WO3-loaded GO nanosheets provide strong interaction between the sulfonic acid group of the SPEEK membrane, which acts as an effective barrier for bromine crossover and significantly alters the Zn/Br2 battery performance. As a result, at a current density of 40 mA cm−2, the Zn/Br2 single cell of the WO3@GO/SPEEK-3 demonstrated higher coulombic efficiency (96.6 %), voltage efficiency (89.6 %), and energy efficiency (86.6 %), better than the WO3@GO/SPEEK-5 and pristine SPEEK membranes. These performances indicate that the proposed low-cost WO3@GO/SPEEK membrane can be highly applicable to other energy-related fields, including fuel cells and water treatment.
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