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中國開發新型離子膜材料
在清潔能源、節能減排、能量轉換與儲存等方面有著廣泛的應用
【本報綜合外電報導】中國科學技術大學徐銅文、楊正金教授團隊與合作者設計了一類新型離子膜——三嗪框架聚合物離子膜，解決了離子膜材料“傳導性-選擇性”相互制約的難題。
據悉，這類膜材料展示出了近無摩擦的離子傳遞，實現了水系有機液流電池快充，電池充放電電流密度達到500mA/cm2，是當前普遍報導值的5倍以上。
離子膜，在清潔能源、節能減排、能量轉換與儲存等方面有著廣泛的應用前景，比如，作為燃料電池和液流電池的關鍵部件的隔膜材料，就被稱為離子膜。
傳統的離子膜材料，用於傳導離子的通道不夠“堅固”，長時間使用後，結構會發生老化，從而導致性能下降。
該成果第一作者、徐銅文團隊博士後左培培用了一個形象的比喻：就像用篩子篩沙，最好的篩子是阻隔粗沙(選擇性)、篩選細沙並使其快速通過(傳導性)，但是篩子孔小的，粗沙過不去、細沙流得也慢(傳導性差)；篩子孔大的，粗沙細沙都能過去(選擇性差)，離子膜的研究重點，就是如何在膜內構築僅允許“細沙”快速通過的高效通道。
研究團隊經過長期研究積累和大量實驗探索，設計了一類新型的“微孔框架聚合物離子膜”，提出了剛性微孔通道內“離子配位”機制，實現膜內近似無摩擦的離子傳導和水系有機液流電池的快充。
徐銅文團隊創新性地設計了一種具有貫通亞奈米離子通道的微孔框架離子膜材料，解決了傳統離子膜材料中離子通道老化和吸水溶脹問題，此外，團隊在通道壁面進行了化學修飾，使離子在膜內的擴散系數接近在水中的狀態，實現近乎“零摩擦”地傳導，從而打破了傳導性和選擇性間的相互制約關係，據了解，該成果涉及的微孔框架離子膜的設計理念，還可拓寬至其他功能化框架聚合物膜，並以此為基礎進行高性能膜材料的定向設計。
↑圖說：徐銅文團隊成員(供圖)
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2023, 4. 27 
