بررسی اثر پیش‌عملیات اسیدی - حرارتی غشای نفیون بر عملکرد استک چندسلولی باتری جریانی اکسایشی - کاهشی وانادیومی

در سال‌های اخیر، با هدف بهبود دانسیته توان و دانسیته انرژی سیستم‌های باتری وانادیومی، پژوهش‌های گسترده‌ای با تمرکز بر مواد کلیدی باتری جریانی وانادیومی انجام شده است. در یک سیستم باتری جریانی وانادیومی، غشای تبادل یون از اهمیت قابل‌ توجهی برخوردار است، چراکه به‌منظور جدا کردن الکترولیت‌های قطب مثبت و منفی باتری وانادیومی و اجازه دادن به انتقال یون‌ها به‌کار می‌رود. در حال حاضر، غشاهای نفیون به دلیل هدایت بالای پروتون و پایداری شیمیایی قابل‌توجه، به‌طور گسترده در باتری‌های جریانی وانادیومی به‌کار می‌روند. در پژوهش حاضر، غشای نفیون 117 تحت یک پیش‌عملیات اسیدی و حرارتی قرار گرفته است تا برای کاربرد در باتری‌ جریانی وانادیومی بررسی شود. استک‌های سه‌سلولی باتری‌ جریانی وانادیومی با استفاده از غشای خام و غشای پیش‌عملیات ‌شده مونتاژ شدند و عملکرد آن‌ها طی سیکل‌های شارژ/ دشارژهای متوالی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که با اِعمال پیش‌عملیات اسیدی و حرارتی روی غشای نفیون 117، دانسیته انرژی تا 30% افزایش یافته است. علاوه‌بر این، ولتاژ متوسط دشارژ که یکی از پارامترهای کلیدی در تعیین عملکرد باتری جریانی وانادیومی است، با انجام پیش‌عملیات روی غشاء دستخوش تغییر شده و از v 3.57 (برای غشای خام) به v 3.9 (برای غشای پیش‌عملیات ‌شده) افزایش یافته است. این موضوع به کاهش وزن استک باتری جریانی وانادیومی و هم‌چنین کاهش هزینه‌های تولید باتری کمک می‌کند. از طرفی، با انجام پیش‌عملیات اسیدی و حرارتی روی غشای نفیون بازده انرژی و بازده ولتاژ باتری به ترتیب از 66.9% و 76.8% به 73% و 87% افزایش یافته‌اند

study the effect of acid-heat pretreatment of nafion membrane on the performance of multi-cell stack of vanadium redox flow battery

in recent years, extensive research has been focused on the key materials of vanadium redox flow batteries (vrfbs) to improve the power and energy density. in a vrfb system, the ion-exchange membrane is an important component, because it is used to separate the positive and negative electrolytes and to allow the transfer of ions. nafion membrane is now widely used in vrfbs due to its high proton conductivity and remarkable chemical stability. in the present study, the nafion 117 membrane was subjected to acid-heat pretreatment for utilizing in vrfbs. three-cell stacks of vrfb were assembled using bare and pretreated membranes, and their performances were evaluated during charge/discharge cycles. the results indicate that acid and heat pretreatment on the nafion 117 membrane improves the vrfb energy density up to 30%. in addition, the average discharge voltage, which is one of the key parameters in the vrfb performance, is increased from 3.57 v (for the bare membrane) to 3.9 v (for the pretreated membrane). this helps to reduce the weight of the vrfb stack as well as the cost of the battery manufacturing. on the other hand, the acid and heat pretreatment of the membrane improves the energy and voltage efficiencies of vrfb from 66.9% and 76.8% to 73% and 87%, respectively