Porous Ion Exchange Membranes for Vanadium Redox Flow Battery

Luo, Tao; Weßling, Matthias (Thesis advisor); Lehnert, Werner (Thesis advisor)

Aachen (2017)
Doktorarbeit

Kurzfassung

Die vorliegende Dissertation beschreibt eine systematische Studie zu neuartigen Ionenaustauschermembranenzur Anwendung in einer Vanadium Redox-Flow-Batterie (VRFB). Die dabei untersuchten Membranen werden aus Poly-2,5-Bibenzimidazol-Copolymerlösungen (ABPBI) durch wasserdampfinduzierte Phasentrennung hergestellt.Dabei entstehen Membranen mit einem symetrischen Querschnittsaufbau durchsetzt mit in der nanoporösen Membranmatrix verteilten Makroporen (2 to 10 microns). In Schwefelsäure weisen diese Membranen eine extrem niedrige Permeabilität von Vanadium Ionen auf {V(IV)} und besitzen gleichzeitig eine große Proton Leitfähigkeit.Beides ist für die Anwendung in einer VRFB besonders herausstellend. Die Ionentransporteigenschaften der Membranen können durch Anpassung der Phasentrennungsparameter oder durch Behandlung mit Säure einfach eingestellt werden. Im Vergleich zu kommerziellen Nafionmembranen führen die porösen ABPIBI Membranenzu einer sehr hohen Energieeffizienz der Battterie. Die Langzeituntersuchung der Membranen im oxidativen V(V)-elektrolyt zeigte ausgezeichnete chemische Stabilität. Der skalierbare Fertigungsprozess, die regelbare Transportselektivität und die ausgezeichnete Stabilität dieser nanoporösen Membranen machen sie zu idealenSeparatoren für die praktische Anwendung in VRFB.

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