DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.229812

氢溴液流电池（HBFB）的主要部件是离子交换膜。合格的离子交换膜需要在高质子传导性、低溴物种交叉以及高机械和化学稳定性之间进行权衡。为了克服这一问题，研究者通过静电纺丝高质子传导性聚合物（短侧链全氟磺酸（SSC PFSA））和疏水惰性聚合物（聚偏氟乙烯（PVDF））制备了电纺复合型聚合物纤维垫。对大量的多层膜进行热压，以形成致密的离子交换膜。本研究制备了具有三种不同SSC PFSA/PVDF比率的膜，并对其进行了表征以及短期和长期（1500h）HBFB测试。该电纺膜具有与商业膜相当的性能。对于SSC PFSA/PVDF电纺膜而言，与较低负载相比，较高的SSC PFSA负载可提供较高的膜质子导电率，但这是以较高的溴物种交叉为代价的。SSC PFSA/PVDF（50/50wt％）膜在150mA/cm2的电流密度下显示出98％的库仑效率、80％的电压效率和105Ah/L的初始可用容量，这相当于当前基准长侧链PFSA膜的容量。在2个月的连续HBFB运行期间，该性能可在200个循环内保持不变。

图1.HBFB电池的示意图。

图2.a）LSC PFSA膜微结构，b）SSC PFSA膜微结构和c）电纺SSC PFSA/PVDF膜微结构的理想化动画展示。为了清楚起见，在这种情况下，Br代表Br-、Br2、Br3-等。

图3.电纺丝a）40％，b）50％和c）60％SSC PFSA/PVDF毡的SEM图像。左：放大2,000倍；右：放大10,000倍，15kV。

图4.热压电纺50/50 SSC PFSA/PVDF膜的SEM图像：a）表面（左）和b）横截面（右）。放大倍率：10,000×，15kV。

图5.a）电纺SSC PFSA/PVDF膜和b）市售膜的极化曲线。

图6.循环结果：前十个循环的a）SSC PFSA/PVDF 60/40，b）SSC PFSA/PVDF 50/50，c）SSC PFSA/PVDF 40/60，d）LSC PFSA和e）r-SSC PFSA膜。

图7.SSC PFSA/PVDF 50/50的长期循环结果：a）库仑效率和可用容量，b）电压效率和电池面积电阻（垂直虚线表示电解质更新）。实验总时间：约连续运行1500h-62天。

图8.长期循环试验之前和之后的极化曲线和面积电阻。