SULFONE-BASED HYDROCARBON MEMBRANES WITH DECENTRALIZED ION-TRANSPORT CHANNELS AND CARBON COATING FOR A POLYSULFIDE-BASED REDOX FLOW BATTERY

• Main Authors: WANG, Feiran, LU, Yi-Chun
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 22.05.2025
• Subjects: BASIC ELECTRIC ELEMENTS; ELECTRICITY; PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSIONOF CHEMICAL INTO ELECTRICAL ENERGY

The subject invention pertains to sulfone-based hydrocarbon membranes with decentralized ion transport channels and carbon coating to obtain many small ion-transport channels to mitigate polysulfide crossover without sacrificing ionic conductivity. The developed sulfone-based membrane showed a higher ion selectivity and higher ion conductivity at a fraction of cost ($12 m-2) compared to the commercial fluorinated Nafion. The low-cost membranes enabled full polysulfide-ferrocyanide redox flow batteries with a high coulombic efficiency (＞99.9%), energy efficiency (>75%) and a low capacity decay rate (0.0027%per day) for 1600 cycles (> 6 months) at 20 mA cm-2. Embodiments have been shown to address the crossover bottleneck of polysulfide-based RFBs, remove the dependency on expensive fluorinated Nafion membrane, and provide opportunities for beneficial commercialization. La présente invention concerne des membranes hydrocarbonées à base de sulfone ayant des canaux de transport d'ions décentralisés et un revêtement de carbone pour obtenir de nombreux petits canaux de transport d'ions pour atténuer le croisement de polysulfure sans sacrifier la conductivité ionique. La membrane à base de sulfone développée présente une sélectivité ionique supérieure et une conductivité ionique supérieure à une fraction de coût ($12 m-2) par comparaison avec du Nafion fluoré commercial. Les membranes à faible coût ont permis de réaliser des batteries redox intégralement à base de polysulfure-ferrocyanure avec une efficacité coulombique élevée (＞99,9 %), une efficacité énergétique (> 75 %) et un taux de décroissance de faible capacité (0,0027 % par jour) pendant 1 600 cycles (> 6 mois) à 20 mA cm-2. Il a été démontré que les modes de réalisation permettent de remédier au goulot d'étranglement de croisement de RFB à base de polysulfure, d'éliminer la dépendance vis-à-vis d'une membrane de Nafion fluoré coûteuse, et de fournir des opportunités pour une commercialisation bénéfique.