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ZSM-5 Membranes Fabricated through Template-Free Gel for Energy Storage
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2024-07-22 , DOI: 10.1021/acs.iecr.4c01356 Dezhu Zhang 1 , Su Fan 2 , Kenan Xu 2 , Haotian Liu 2 , Nana Chang 1 , Yijie Wang 1 , Yixing Wang 1 , Kang Huang 1, 2 , Zhi Xu 3
Industrial & Engineering Chemistry Research ( IF 3.8 ) Pub Date : 2024-07-22 , DOI: 10.1021/acs.iecr.4c01356 Dezhu Zhang 1 , Su Fan 2 , Kenan Xu 2 , Haotian Liu 2 , Nana Chang 1 , Yijie Wang 1 , Yixing Wang 1 , Kang Huang 1, 2 , Zhi Xu 3
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Vanadium flow battery (VFB) shows great potential in balancing the volatility of renewable energy. In this work, we investigated, for the first time, the various properties of crystalline ZSM-5 membranes prepared through the organic template-free gel strategy in VFB. The subnano windows (∼0.55 nm) of ZSM-5 zeolite provided selective transport paths for protons (∼0.27 nm) and blocked the vanadium (>0.6 nm) migration through pore repulsion effect. The zeolite membranes exhibited a very low vanadium penetration rate (0.05 mmol L–1 h–1), achieving a Coulombic efficiency (CE) of 96.1%, a voltage efficiency of 78.3%, and an energy efficiency of 75.3% at the current density of 40 mA cm–2. Notably, ZSM-5 prepared using the template-free strategy eliminates the need for a high-temperature calcination step, and the membrane has a lower defect density and exhibits a higher CE. The self-discharge time of the ZSM-5 zeolite membrane increased up to 78 h. Furthermore, the charge–discharge performance kept stable more than 300 cycles at 60 mA cm–2.
中文翻译：
通过无模板凝胶制备的 ZSM-5 储能膜
全钒液流电池（VFB）在平衡可再生能源的波动性方面显示出巨大潜力。在这项工作中，我们首次研究了通过有机无模板凝胶策略在 VFB 中制备的结晶 ZSM-5 膜的各种特性。 ZSM-5沸石的亚纳米窗口（~0.55 nm）为质子（~0.27 nm）提供了选择性传输路径，并通过孔排斥效应阻止了钒（>0.6 nm）的迁移。沸石膜表现出非常低的钒渗透率（0.05 mmol L –1 h –1 ），在电流密度下实现了96.1%的库仑效率（CE）、78.3%的电压效率和75.3%的能量效率40 mA cm –2 。值得注意的是，采用无模板策略制备的ZSM-5无需高温煅烧步骤，并且膜具有较低的缺陷密度并表现出较高的CE。 ZSM-5沸石膜的自放电时间增加至78小时。此外，在60 mA cm –2下，充放电性能保持稳定超过300次循环。
更新日期：2024-07-22
中文翻译：
通过无模板凝胶制备的 ZSM-5 储能膜
全钒液流电池（VFB）在平衡可再生能源的波动性方面显示出巨大潜力。在这项工作中，我们首次研究了通过有机无模板凝胶策略在 VFB 中制备的结晶 ZSM-5 膜的各种特性。 ZSM-5沸石的亚纳米窗口（~0.55 nm）为质子（~0.27 nm）提供了选择性传输路径，并通过孔排斥效应阻止了钒（>0.6 nm）的迁移。沸石膜表现出非常低的钒渗透率（0.05 mmol L –1 h –1 ），在电流密度下实现了96.1%的库仑效率（CE）、78.3%的电压效率和75.3%的能量效率40 mA cm –2 。值得注意的是，采用无模板策略制备的ZSM-5无需高温煅烧步骤，并且膜具有较低的缺陷密度并表现出较高的CE。 ZSM-5沸石膜的自放电时间增加至78小时。此外，在60 mA cm –2下，充放电性能保持稳定超过300次循环。
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