Las membranas poliméricas se han consolidado como una solución ampliamente utilizada en tecnologías de separación debido a su bajo costo y fácil escalabilidad en la fabricación. Sin embargo, a diferencia de los materiales inorgánicos nanoporo como los marcos orgánicos covalentes y los marcos orgánicos metálicos, que presentan canales periódicos y ordenados, las membranas poliméricas producidas a través de métodos tradicionales, como la separación de fases, suelen presentar estructuras de poros irregulares y desordenadas.
Esta limitación estructural dificulta la separación precisa de iones o moléculas de tamaños similares, generando un compromiso entre selectividad y permeabilidad. En un reciente estudio publicado en Nature Chemical Engineering, un equipo de investigación liderado por el profesor Li Xianfeng del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de Ciencias (CAS) ha desarrollado una innovadora estrategia de entrecruzamiento polimérico interfacial para fabricar membranas poliméricas ultradelgadas con capas de separación a escala nanométrica.
Estrategia de entrecruzamiento polimérico interfacial
Las membranas poliméricas fabricadas tienen un grosor de solo 3 μm y se han aplicado en baterías de flujo de vanadio, permitiendo su operación a una alta densidad de corriente de 300 mA/cm2. «Hemos desarrollado una estrategia novedosa y sencilla para reducir el grosor de la membrana, lo que disminuye significativamente la resistencia al transporte de iones», afirmó el profesor Li.
Utilizando esta estrategia, los investigadores construyeron una capa de separación entrecruzada a escala nanométrica sobre una capa de soporte polimérico. Esta estructura estable y covalentemente entrecruzada permitió reducir el grosor total de la membrana a solo 3 μm. Además, al variar el tiempo de entrecruzamiento y los tipos de agentes, los investigadores pudieron ajustar el grosor y la morfología de la capa de separación.
Los espacios entre las cadenas poliméricas oscilan entre 1.8 y 5.4 Å, formando una estructura reticulada cuasi-ordenada que permite un tamizaje de iones a escala de angstroms. Esta estructura logra simultáneamente una alta selectividad de iones y una baja resistencia, superando efectivamente el compromiso tradicional entre permeabilidad y selectividad. La alta capacidad de tamizaje por tamaño de la membrana y su baja resistencia al transporte resultaron en una batería de flujo de vanadio con una eficiencia energética del 82.38% a 300 mA/cm2.
El estudio aborda desafíos de larga data en el diseño de membranas poliméricas y ofrece avances significativos tanto para las tecnologías de separación basadas en membranas como para el almacenamiento de energía. Este hallazgo representa un paso importante hacia la optimización de procesos industriales en los que la separación eficiente de compuestos es crucial.
Más información:
Ultrathin membranes prepared through interfacial polymer cross-linking for selective and fast ion transport, Nature Chemical Engineering (2025). DOI: 10.1038/s44286-025-00238-2
