İyon transport membranları; CO2 elektrolizörleri, su elektrolizörleri, yakıt hücreleri, redoks akış pilleri ve iyon yakalayıcı elektrodiyaliz gibi temiz enerji teknolojilerinin hayati bileşenleridir. Bu membranlar, belirli iyonları verimli bir şekilde iletirken çapraz geçişi önlemek için belirli maddeleri elemek zorundadır.
Polimer malzemeler; düşük maliyet, üretim ölçeklenebilirliği ve az yer kaplama avantajlarına sahiptir ve bu nedenle pratik modüllerde iyon transport membranlarının kullanımına hakimdir. Bununla birlikte, mevcut polimer membranlar her yerde bulunan “iletkenlik-seçicilik” dengesinden muzdariptir. Yüksek iletkenliğe sahip membranlar düşük seçicilik sergileme eğilimindedir ve bunun tersi de geçerlidir. Bu değişkenlik, gerekli performans kriterlerini karşılayan membran malzemelerinin geliştirilmesinde bir zorluk teşkil etmektedir.
Nature dergisinde 26 Nisan’da yayımlanan bir çalışmada, Çin Bilimler Akademisi’ne (CAS) bağlı Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (USTC) Profesör Xu Tongwen ve Profesör Yang Zhengjin liderliğindeki araştırma ekibi ve ortakları, iletkenlik-seçicilik dengesini bozabilecek yeni bir iyon değişim membranı türü (triazin çerçeveli polimer membranlar) önerdi.
Geleneksel malzemelerle karşılaştırıldığında, triazin çerçeveli polimer membranlar, su emiliminde son derece düşük bir şişme oranı göstererek hem şişme önleme hem de yaşlanma önleme konusunda çok daha gelişmiş kapasite sergilemiştir. Rijit kanalları, boyut eleme konusunda yüksek seçicilik sağlayarak aktif malzemelerin son derece düşük geçirgenliğini mümkün kılmıştır.
Araştırmacılar; rijit por kanallarının kimyası üzerinde uygun kontrolle, tamamen rijit triazin çerçeveli polimer membran (SCTF-BP) içinde, sudaki değere yakın iyon difüzyon katsayısı ile neredeyse sürtünmesiz iyon akışı gözlemledi. Bu, rijit por kanalları içindeki sağlam mikropor hapsi ve iyon ile membran arasındaki çoklu etkileşim sayesinde elde edilmiştir.
Bu çerçeve membranlar hem son derece düşük aktif malzeme geçirgenliği hem de ultra yüksek iyon difüzivitesi sergilemiş ve avantajları 2,6-dihidroksi antrakinon / K4[Fe(CN)6] aquatik organik redoks akış pillerinde iyon ileten membranlar olarak örneklenmiştir. Membran, 0,17 Ω cm2 kadar düşük bir temiz alana özgü direnç sağladı ve böylece hem yüksek enerji verimliliği hem de yüksek kapasite kullanımı ile 200 ila 500 mA cm-2 gibi aşırı akım yoğunluklarında kararlı hücre çalışması sağladı.
Bu veriler, ticari membranlar ve en son teknoloji iyon ayırma membranları kullanılarak monte edilmiş aynı hücrelere göre enerji verimliliği ve kapasite kullanımı açısından çok daha üstündür.
Bu çalışma, yüksek performanslı iyon taşıma membranları geliştirmek için ikincil etkileşimlerin önemini vurgulamaktadır. Önerilen tasarım stratejisinin, polimer çerçeveleri oluşturmak için kullanılabilecek çok sayıda organik reaksiyon ve fonksiyonel monomer seçeneği göz önünde bulundurularak geniş çapta uygulanabilir olduğuna inanılmakta ve pratik uygulama talebine göre membranların amaca uygun tasarımını yönlendirmektedir. [1]New membrane design allows selective and near-frictionless ion transport
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | New membrane design allows selective and near-frictionless ion transport |
|---|
