ИСТИНА

Проточные окислительно‐восстановительные ванадиевые батареи являются перспективным и востребованным источником энергии, уже нашедшим реальное применение в быту, в первую очередь для крупных стационарных применений [1]. Однако их широкой коммерциализации препятствует высокая цена ключевого компонента – сепаратора, разделяющего два электролита, поэтому перед учёными лежит важная и актуальная задача разработки эффективных и дешёвых сепараторов, которые смогут обеспечить дальнейшее развитие таких перспективных источников тока как проточные батареи. Проточные окислительно‐восстановительные батареи состоят из двух основных частей: электродов, погружённых в положительный и отрицательный электролиты, включающие соответствующие ионы, а также сепаратора (как правило, полимерной мембраны), разделяющего ёмкости с электролитами. В случае ванадиевых проточных батарей на отрицательном электроде находится пара V2+/V3+, а на положительном – VO2 + /VO2+ [2]. Задачей сепаратора является физическое разделение отрицательного и положительного электролитов, предотвращение их смешивания и протекания прямых электрохимических реакций между ними [3]. С другой стороны, для протекания тока в цепи необходимо, чтобы сквозь сепаратор могли проходить носители заряда (в данном случае – протоны). Таким образом, эффективная мембрана должна иметь высокую селективность по ионам ванадия и высокую протонную проводимость, а также достаточную химическую стабильность. Наиболее эффективны (и дороги) ионообменные мембраны. В случае же пористых мембран без функциональных ионообменных групп разделение электролитов происходит с помощью физического барьера. Разница в стоксовских радиусах между ионами ванадия и протонами (H3O+ ) позволяет использовать размер пор полимерной матрицы как инструмент контроля проводимости и селективности [4]. В качестве материала для пористых сепараторов как правило используются дешёвые полиолефиновые мембраны, обладающие высокой химической стабильностью, однако они недостаточно гидрофильны (а значит обладают низкой протонной проводимостью). Кроме того, размер их пор слишком велик, чтобы предотвращать кроссовер ионов ванадия. Таким образом, стоит задача модификаций подобных мембран, способных как повысить гидрофильность, так и сократить размер пор. В работе представлен новый метод модификации полиолефиновых мембран с помощью осаждения на них хитозана, растворенного в водной угольной кислоте под 169 высоким давлением. Вода, насыщающая диоксид углерода под давлением в реакторе, превращается в угольную кислоту, которая способствует растворению хитозана. Экспонирование полиолефиновой мембраны в таком растворе приводит к тому, что растворенный хитозан из‐за высокого давления среды глубоко проникает в поры по всей толщине мембраны. В результате на поверхности и в порах мембраны образуется хитозановая пленка, толщину которой можно регулировать, изменяя время осаждения. Полученные композитные материалы обладают повышенным сродством к воде, что приводит к значительному увеличению их протонной проводимости и позволяет потенциально использовать их в качестве сепаратора водных электролитов в проточных окислительно‐восстановительных батареях. Кроме того, благодаря нанесению хитозанового покрытия можно уменьшить размер пор, что означает уменьшение ионной проницаемости для ионов ванадия, что также является положительным аспектом. В работе было показано, что предлагаемая обработка увеличивает ионную селективность мембран в диапазоне от 0,2∙107 мс∙мин/см3 до 5∙107 мс∙мин/см3 . Выявление оптимального баланса между протонной проводимостью и ионной проницаемостью позволит получить дешевые мембраны, применимые в реальных проточных окислительно‐восстановительных батареях.