新型环保电池膜让储能更高效

长时储能系统对可再生能源大规模应用至关重要，水系氧化还原液流电池（RFB）因安全、设计灵活等优势成为热门技术。钒基RFB虽成熟，但成本高、钒资源稀缺；多硫化物基RFB（PSFB）则因活性材料成本极低（0.15美元/千瓦时）、储量丰富（每年5.4×10⁷吨）更具潜力。不过，PSFB面临两大瓶颈：多硫化物穿透导致循环寿命短（<50次），以及依赖昂贵且环保性存疑的氟化物膜（如Nafion 117，成本800-3500美元/平方米）。

为解决这些问题，研究团队开发了具有分散离子传输通道的非氟磺化聚醚砜（SPES）膜。传统Nafion膜因疏水-亲水相分离形成聚集的离子通道，尺寸过大导致多硫化物穿透严重；而SPES膜通过调控共聚单体和磺化度，构建了数量多、尺寸小的分散通道。这种设计既能减少多硫化物穿透（尺寸筛分效应），又能保持高离子传导性（通道数量多）。

材料表征显示：SPES膜（磺化度30%，简称S30）的亲水簇尺寸仅1.42 nm（Nafion为3.87 nm），水通道密度更高，结合更多束缚水、减少自由水，离子选择性是Nafion的20倍以上。同时，其成本仅12-66美元/平方米，远低于Nafion。

电池性能测试表明：S30膜组装的多硫化物-亚铁氰化物RFB（S-Fe RFB）库仑效率>99.9%、能量效率平均>75%，可稳定循环1600次（>6个月）。经碳涂层修饰后（S30-C），即使在50°C下仍能稳定循环超350次，且通过“能量效率恢复”工艺可进一步延长寿命。该膜还适用于多硫化物-碘化物等其他多硫化物基RFB系统。

这项研究通过分散离子传输通道设计，在低成本非氟膜上实现了高选择性和长循环稳定性，为PSFB的商业化扫清了关键障碍。