Stable and Highly Ion-Selective Membrane Made from Cellulose Nanocrystals for Aqueous Redox Flow Batteries

水溶液 纤维素 化学工程 纳米晶 材料科学 纳米技术 化学 氧化还原 离子 无机化学 有机化学 生物化学 工程类
作者
Alolika Mukhopadhyay,Zheng Cheng,Avi Natan,Yi Ma,Yang Yang,Daxian Cao,Wei Wang,Hongli Zhu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:19 (12): 8979-8989 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b03964
摘要

The design of chemically stable ion-exchange membranes with high selectivity for applications in an aqueous redox flow battery (RFB) at high acid concentrations remains a significant challenge. Herein, this study designed a stable and highly ion-selective membrane by utilizing proton conductive cellulose nanocrystals (CNCs) incorporated in a semicrystalline hydrophobic poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP) matrix. The high hydrophobicity of the PVDF-HFP matrix mitigates crossover of the electrolytes, whereas the abundant and low-cost CNCs derived from wood provide high proton conductivity. The fundamental contributors for CNCs' excellent proton conductivity are the hydroxyl (-OH) functional groups, highly acidic sulfonate (-SO3H) functional groups, and the extensive intramolecular hydrogen bonding network. In addition, CNCs exhibit a mechanically and chemically stable structure in the harsh acidic electrolyte attributed to the high crystallinity (crystalline index of ∼86%). Therefore, because of the high proton conductivity, excellent ion selectivity, high chemical stability, and structural robustness, the vanadium redox flow battery (VRFB) assembled with the homogeneous CNCs and PVDF-HFP (CNC/PVDF-HFP) membrane achieved a Coulombic efficiency (CE) of 98.2%, energy efficiency (EE) of 88.2%, and a stable cycling performance for more than 650 cycles at a current density of 100 mA cm-2. The obtained membrane possesses excellent flexibility, high mechanical tensile strength, and superior selectivity. Meanwhile, the applied casting method is scalable for large-scale manufacturing.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
薄荷味的猫完成签到,获得积分10
1秒前
日月发布了新的文献求助10
1秒前
阔达磬发布了新的文献求助10
1秒前
无花果应助李会琳采纳,获得10
2秒前
jyy应助小巧雪碧采纳,获得10
2秒前
3秒前
4秒前
刻苦不弱发布了新的文献求助10
7秒前
Zr完成签到,获得积分10
7秒前
日月完成签到,获得积分10
7秒前
lc发布了新的文献求助20
10秒前
wuminhui完成签到 ,获得积分10
12秒前
张涵发布了新的文献求助10
13秒前
加油呀完成签到,获得积分10
13秒前
搜集达人应助风趣的天奇采纳,获得10
16秒前
20秒前
孙了了完成签到,获得积分10
20秒前
AbeleChuang完成签到,获得积分10
23秒前
26秒前
王二虎完成签到,获得积分10
27秒前
王讯完成签到,获得积分10
31秒前
劲秉应助阿梅梅梅采纳,获得10
31秒前
shuangZ完成签到,获得积分20
33秒前
共享精神应助溪风采纳,获得10
37秒前
末排差生完成签到,获得积分0
37秒前
张歌完成签到 ,获得积分10
40秒前
47秒前
爱学习的小张完成签到 ,获得积分10
49秒前
50秒前
蚊香液完成签到 ,获得积分20
51秒前
烟花应助科研通管家采纳,获得10
53秒前
在水一方应助科研通管家采纳,获得10
53秒前
小二郎应助科研通管家采纳,获得10
53秒前
快乐滑板应助科研通管家采纳,获得10
53秒前
53秒前
快乐滑板应助科研通管家采纳,获得10
53秒前
子车茗应助科研通管家采纳,获得20
53秒前
kingwill应助科研通管家采纳,获得20
53秒前
54秒前
快乐滑板应助科研通管家采纳,获得10
54秒前
高分求助中
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 2000
Very-high-order BVD Schemes Using β-variable THINC Method 1200
BIOLOGY OF NON-CHORDATES 1000
进口的时尚——14世纪东方丝绸与意大利艺术 Imported Fashion:Oriental Silks and Italian Arts in the 14th Century 800
Autoregulatory progressive resistance exercise: linear versus a velocity-based flexible model 550
Zeitschrift für Orient-Archäologie 500
The Collected Works of Jeremy Bentham: Rights, Representation, and Reform: Nonsense upon Stilts and Other Writings on the French Revolution 320
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 物理化学 催化作用 细胞生物学 免疫学 冶金
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3352562
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2977604
关于积分的说明 8680602
捐赠科研通 2658572
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1455863
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 674150
邀请新用户注册赠送积分活动 664709