DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.229502

聚苯并咪唑（PBI）基膜在钒氧化还原液流电池（VRFB）中的应用由于其良好的离子选择性而表现出较高的库仑效率，但由于质子电导率较低导致能量效率较低。在这项工作中，研究者提出并开发了一种复合膜，其中包括薄而致密的PBI层和厚而多孔的PBI电纺纳米纤维层。厚度为7.0μm的致密层不仅可以保持较高的离子选择性，还可以通过减小厚度来促进质子传导。厚度为23μm，孔径为2μm的多孔层紧密地粘附在致密层上，以确保其机械稳定性。配备复合膜的电池在150 mA cm-2时的能量效率为82.0％，比传统PBI膜高出近20％。更令人印象深刻的是，该膜使电池能够稳定运行200个循环，每个循环的容量保持率高达99.81％，远远超过了类似厚度的商业化Nafion 211膜。出色的电池性能和良好的稳定性均表明，该复合PBI膜是VRFB应用中的一种很有前途的替代品。

图1.静电纺丝纳米纤维支撑PBI复合膜的示意图。

图2.在不同静电纺丝原液浓度下电纺PBI纳米纤维的表面形态SEM图像：a.12wt％，b.16wt％，c.20wt％。

图3.表面形态的SEM图像：a.初纺PBI纳米纤维垫，b.所制备PBI复合膜的致密层；PBI基膜的截面形态：c.密集P，d.P-20-5，e.P-20-7，f.P-20-10。

图4.酸掺杂之前（a-d）和之后（a’-d’）复合膜的接触角：（a）和（a'）致密层；（b）和（b’）P-12-10（多孔层）；（c）和（c’）P-16-10（多孔层）；（d）和（d’）P-20-10（多孔层）。

图5.（a）所制备的PBI基膜和Nafion 211的钒渗透性，（b）面积电阻和表观质子电导率。

图6.（a）当电流密度为80 mA cm-2时P-12-10、P-16-10、P-20-10和Nafion 211膜的充电和放电曲线，以及（b）效率。

图7.用所制备的PBI基膜和Nafion 211组装的液流电池的效率：（a）当电流密度为40-250 mA cm-2时的库仑效率，（b）电压效率，（c）能量效率，以及（d）电流密度为80 mA cm-2时的效率。

图8.用P-20-7膜和Nafion 211组装的液流电池在电流密度为80 mA cm-2时的循环性能：（a）效率，（b）比放电容量；（c）循环前后P-20-7膜的横截面SEM图像。