我國科學家成功研發新型離子膜

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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，中國科學技術大學徐銅文教授、楊正金教授團隊與合作者研發了一類新型膜材料——微孔框架聚合物離子膜，解決了離子膜材料“傳導性-選擇性”相互制約的難題。該離子膜首次實現膜內近似無摩擦的離子傳導。相關研究成果4月26日發表于國際學術期刊《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，防止它通過，又要保證某些物質能高效通過。“傳統離子膜普遍存在‘傳導性-選擇性’相互制約、不可兼得的難題。”徐銅文介紹。

更關鍵的是，離子膜是液流電池、燃料電池等電化學器件或裝備的關鍵部件，傳統離子膜普遍存在吸水后容易發生溶脹變形，結構疏松等問題；同時，長時間使用后，膜材料也會發生結構老化、性能下降。

為了解決這些問題，研究團隊創新性地研發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修飾，不僅解決了傳統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率，離子傳輸更加迅速，在膜內實現了近似無摩擦傳導。使用該膜組裝的液流電池，充放電電流密度可以達到每平方厘米500毫安，是當前普遍報道值的5倍以上。

審稿人認為，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用于能源轉化、大規模儲能以及分布式發電等領域，為實現“雙碳”目標和可持續發展提供技術支撐。基于該成果孵化的特種離子膜產品已申請中國發明專利，研究人員正加緊實現該型離子膜量產。

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