DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.229502
聚苯并咪唑（PBI）基膜在釩氧化還原液流電池（VRFB）中的應用由于其良好的離子選擇性而表現出較高的庫侖效率，但由于質子電導率較低導致能量效率較低。在這項工作中，研究者提出并開發了一種復合膜，其中包括薄而致密的PBI層和厚而多孔的PBI電紡納米纖維層。厚度為7.0μm的致密層不僅可以保持較高的離子選擇性，還可以通過減小厚度來促進質子傳導。厚度為23μm，孔徑為2μm的多孔層緊密地粘附在致密層上，以確保其機械穩定性。配備復合膜的電池在150 mA cm-2時的能量效率為82.0％，比傳統PBI膜高出近20％。更令人印象深刻的是，該膜使電池能夠穩定運行200個循環，每個循環的容量保持率高達99.81％，遠遠超過了類似厚度的商業化Nafion 211膜。出色的電池性能和良好的穩定性均表明，該復合PBI膜是VRFB應用中的一種很有前途的替代品。
圖1.靜電紡絲納米纖維支撐PBI復合膜的示意圖。
圖2.在不同靜電紡絲原液濃度下電紡PBI納米纖維的表面形態SEM圖像：a.12wt％，b.16wt％，c.20wt％。
圖3.表面形態的SEM圖像：a.初紡PBI納米纖維墊，b.所制備PBI復合膜的致密層；PBI基膜的截面形態：c.密集P，d.P-20-5，e.P-20-7，f.P-20-10。
圖4.酸摻雜之前（a-d）和之后（a’-d’）復合膜的接觸角：（a）和（a'）致密層；（b）和（b’）P-12-10（多孔層）；（c）和（c’）P-16-10（多孔層）；（d）和（d’）P-20-10（多孔層）。
圖5.（a）所制備的PBI基膜和Nafion 211的釩滲透性，（b）面積電阻和表觀質子電導率。
圖6.（a）當電流密度為80 mA cm-2時P-12-10、P-16-10、P-20-10和Nafion 211膜的充電和放電曲線，以及（b）效率。
圖7.用所制備的PBI基膜和Nafion 211組裝的液流電池的效率：（a）當電流密度為40-250 mA cm-2時的庫侖效率，（b）電壓效率，（c）能量效率，以及（d）電流密度為80 mA cm-2時的效率。
圖8.用P-20-7膜和Nafion 211組裝的液流電池在電流密度為80 mA cm-2時的循環性能：（a）效率，（b）比放電容量；（c）循環前后P-20-7膜的橫截面SEM圖像。
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