Eine chemische und mikrostrukturelle Perspektive auf ionenleitende Membranen für Redox-Flow-Batterien

Redox-Flow-Batterien (RFBs) gehören zu den vielversprechendsten Energiespeichertechnologien im Netzmaßstab. Die Entwicklung von RFBs mit hoher Rundlauf-effizienz, hoher Leistungsfähigkeit und langer Lebensdauer für praktische Anwendungen wird jedoch stark durch das Fehlen geeigneter ionenleitender Membranen eingeschränkt. Vielversprechende RFB-Membranen sollten positive und negative Spezies vollständig trennen und ausgleichende Ionen reibungslos leiten. Spezifische Systeme müssen zusätzliche Anforderungen erfüllen, wie z.B. hohe chemische Stabilität in korrosiven Elektrolyten, gute Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel in nicht wässrigen Systemen sowie hervorragende mechanische Festigkeit und Flexibilität. Diese strengen Anforderungen stellen hohe Ansprüche an das Membrandesign, insbesondere an die Chemie und Mikrostruktur, die mit den Ionentransportkanälen verbunden sind. In diesem Review fassen wir die Designgründe der kürzlich berichteten RFB-Membranen auf molekularer Ebene zusammen, wobei der Schwerpunkt auf neuer Chemie, neuartigen Mikrostrukturen und innovativen Fertigungsstrategien liegt. Zukünftige Herausforderungen und potenzielle Forschungsfragen in diesem Bereich werden ebenfalls erörtert.