Covalent organic framework (COF) constructed proton permselective membranes for acid supporting redox flow batteries

流动电池 共价有机骨架 氧化还原 法拉第效率 化学 渗透 质子交换膜燃料电池 选择性 共价键 无机化学 化学工程 电化学 有机化学 电极 催化作用 物理化学 生物化学 工程类 电解质
作者
Mengting Di,Lei Hu,Gao Li,Xiaoming Yan,Wenji Zheng,Yan Dai,Xiaobin Jiang,Xuemei Wu,Gaohong He
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:399: 125833-125833 被引量:100
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.125833
摘要

Covalent organic framework (COF) based proton permselective membranes are for the first time designed to break through the trade-off between proton permeability and selectivity for improved efficiencies of acid supporting redox flow batteries (the representative one is all vanadium redox flow battery). The precise hydrated proton (<0.24 nm)/vanadium (>0.6 nm) sieving is achieved originating from the appropriate pore size (0.48 nm) of COF prepared here. As a result, no vanadium permeation can be detected for the membrane. While, the presences of micropores and the amino groups in COF lead to a low area resistance. The cell assembled with this membrane presents very high coulombic efficiency (CE: 98.7–99.6%) and energy efficiency (EE: 93.5–76.4%) at 40–180 mA cm−2. In addition, the membrane is free of ion exchange groups, leading to excellent chemical stability. The membrane structure shows no changes after the cell steadily runs over 500 cycles (>1300 h) at 80 mA cm−2. This work provides a new orientation to design a membrane with an ultrahigh proton permselectivity for redox flow batteries.
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