2022-05-16
离子交换膜（IEM）在燃料电池、液流电池等能源生产和储能领域起着重要作用。然而，大规模应用的一大障碍是膜的高成本问题（如商用Nafion膜价格一般超过200美元/m-2)。无膜技术是解决这一问题有前途的方法之一，引起了人们的广泛关注，并在各种无膜化设计研究路径中进行了探索，常见的几种无膜化设计策略如Fig.1所示：“催化剂选择性燃料电池”“混合液流电池”“层流液流电池”“双相系统电池”。
Fig.1 a) “Catalyst selectivity” fuel cell. b) Hybrid flow battery. c) Laminar Flow battery. d) Biphasic system battery.
其中，“双相系统电池”是基于不混溶原理形成稳定的液液界面（Fig. 1d）。与层流不同，由于稳定的相分离特点，“双相系统”电池可以设计成大型设备（Fig. 2），进行规模储能，并且对催化剂选择性没有要求，只要活性分子可以分离形成电池即可。此外，引入与水具有不同性质的非水相，可以在一定程度上避免水性电池中遇到的许多问题，如析氢反应（HER）、析氧反应（OER），拓宽电极材料（活性分子）的选择范围。
Fig. 2 Schematic diagram of a large biphasic system flow battery
Fig. 3 Various Types of “Biphase System Batteries”
博士生李新宇综述了近年来“双相系统电池”的无膜技术，文中介绍了相分离的原理，并列出了各种双相无膜氧化还原电池的类型和性能(Fig. 3)。由于活性分子，溶剂成分和支持盐的差异，电池在库仑效率，循环性能和功率密度方面表现出显着差异。此外，还总结了问题、挑战（如交叉污染、低功耗性能等）和相应的对策，可为无膜电池技术的发展提供新的思路。这一成果发表在Advanced science期刊上，通讯作者为吴忠和胡文彬教授。
