近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員李先鋒、張華民團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種超薄分離層復(fù)合離子傳導(dǎo)膜，解決了離子傳導(dǎo)膜領(lǐng)域“高選擇性”與“高傳導(dǎo)率”不可兼得的技術(shù)難題。該膜可大幅提升液流電池功率，降低電堆成本。該研究成果發(fā)表于《自然—通訊》。
　　離子傳導(dǎo)膜是液流電池的關(guān)鍵材料之一。膜的選擇性越高，電池庫(kù)倫效率越高；膜的傳導(dǎo)率越高，電池電壓效率越高；而庫(kù)倫效率與電壓效率共同影響電池的能量效率。
　　研發(fā)出兼具高選擇性與高傳導(dǎo)率的離子傳導(dǎo)膜是這一領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。想提高膜的選擇性，必須提高膜整體的致密程度，而致密度高會(huì)導(dǎo)致膜的貫通性下降，進(jìn)而導(dǎo)致傳導(dǎo)率下降，所以對(duì)于傳統(tǒng)多孔離子傳導(dǎo)膜來(lái)說(shuō)，“高選擇性”與“高傳導(dǎo)率”不可兼得。
　　研究團(tuán)隊(duì)最新研制的具有超薄分離層離子傳導(dǎo)膜由致密的薄分離層和孔道貫通性良好的支撐層組成。足夠薄且致密的分離層能夠在保證高選擇性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高傳導(dǎo)率，支撐層則可提供機(jī)械強(qiáng)度。其分離層由聚酰胺交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，厚度僅為180nm。交聯(lián)的聚酰胺高分子網(wǎng)絡(luò)就像一張結(jié)實(shí)的漁網(wǎng)，把尺寸較大的離子阻擋在外，尺寸較小的離子可順利通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)離子高效篩分，利用該膜材料組裝的單電池在260 mA/cm2的電流密度下，能量效率超過(guò)80%。
　　為了證實(shí)這一機(jī)理，該團(tuán)隊(duì)與中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所研究員鄭安民合作，通過(guò)理論計(jì)算深入研究了聚酰胺分離層中質(zhì)子傳遞方式，結(jié)果顯示質(zhì)子可以通過(guò)聚酰胺網(wǎng)絡(luò)中的水分子鏈和聚酰胺骨架上的羧基以格羅圖斯機(jī)理跳躍傳遞。該機(jī)理為設(shè)計(jì)高性能離子傳導(dǎo)膜提供了新思路。
　?。ㄔd于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2020-01-10 第4版 綜合）