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我國(guó)科學(xué)家成功研發(fā)新型離子膜
文章來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)     更新時(shí)間:2023-05-05 16:04:46
膜材料在生活中隨處可見(jiàn),如蔬菜大棚薄膜、汽車玻璃防爆膜、手機(jī)面板保護(hù)膜等。近日,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐銅文教授、楊正金教授團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)膜內(nèi)近似無(wú)摩擦的離子傳導(dǎo)。相關(guān)研究成果4月26日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

  離子膜是指由對(duì)離子具有選擇透過(guò)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(guò),又要保證某些物質(zhì)能高效通過(guò)。“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(wèn)題;同時(shí),長(zhǎng)時(shí)間使用后,膜材料也會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)老化、性能下降。

  為了解決這些問(wèn)題,研究團(tuán)隊(duì)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(shí)在通道表面進(jìn)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(wèn)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(shí)現(xiàn)了近似無(wú)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(bào)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(duì)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(chǔ)能以及分布式發(fā)電等領(lǐng)域,為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐?;谠摮晒趸奶胤N離子膜產(chǎn)品已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利,研究人員正加緊實(shí)現(xiàn)該型離子膜量產(chǎn)。

 
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