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科技日報記者 陸成寬
膜材料在生活中隨處可見，如蔬菜大棚薄膜、汽車玻璃防爆膜、手機面板保護膜等。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐銅文教授、楊正金教授團隊與合作者研發(fā)了一類新型膜材料——微孔框架聚合物離子膜，解決了離子膜材料“傳導(dǎo)性-選擇性”相互制約的難題。該離子膜首次實現(xiàn)膜內(nèi)近似無摩擦的離子傳導(dǎo)。相關(guān)研究成果4月26日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。
離子膜是指由對離子具有選擇透過性的高分子材料制成的薄膜。它既需要篩分出特定的物質(zhì)，防止它通過，又要保證某些物質(zhì)能高效通過。“傳統(tǒng)離子膜普遍存在‘傳導(dǎo)性-選擇性’相互制約、不可兼得的難題。”徐銅文介紹。
更關(guān)鍵的是，離子膜是液流電池、燃料電池等電化學(xué)器件或裝備的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)離子膜普遍存在吸水后容易發(fā)生溶脹變形，結(jié)構(gòu)疏松等問題；同時，長時間使用后，膜材料也會發(fā)生結(jié)構(gòu)老化、性能下降。
為了解決這些問題，研究團隊創(chuàng)新性地研發(fā)了一種具有貫通亞納米離子通道的微孔框架離子膜材料，同時在通道表面進行了化學(xué)修飾，不僅解決了傳統(tǒng)離子膜材料中離子通道老化和吸水溶脹問題，還兼具高選擇性和高傳導(dǎo)率，離子傳輸更加迅速，在膜內(nèi)實現(xiàn)了近似無摩擦傳導(dǎo)。使用該膜組裝的液流電池，充放電電流密度可以達(dá)到每平方厘米500毫安，是當(dāng)前普遍報道值的5倍以上。
審稿人認(rèn)為，這種離子膜在液流電池中展示出了非凡的性能，與迄今使用最好的膜相比，此類離子膜的性能顯著提高。對基于分子型活性物質(zhì)的水系液流電池研究體系，也具有重要的借鑒意義
徐銅文表示，該離子膜有望廣泛應(yīng)用于能源轉(zhuǎn)化、大規(guī)模儲能以及分布式發(fā)電等領(lǐng)域，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。基于該成果孵化的特種離子膜產(chǎn)品已申請中國發(fā)明專利，研究人員正加緊實現(xiàn)該型離子膜量產(chǎn)。
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