膜材料為我們的生產(chǎn)生活提供了安全和便利，比如蔬菜大棚的薄膜、汽車玻璃上的防爆膜、手機(jī)面板上的保護(hù)膜、汽車的鋰離子電池隔膜等。
膜材料也是燃料電池和液流電池的關(guān)鍵部件，這種用途的膜材料被稱為離子膜。它是指含功能基團(tuán)的、對(duì)溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。
離子膜既要阻隔正負(fù)極間活性物質(zhì)，防止短路;又要保證離子在充放電過程中高效通過，減少損耗。但傳統(tǒng)離子膜普遍存在傳導(dǎo)性、選擇性相互制約的難題。而由于離子膜在清潔能源、節(jié)能減排、能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存等方面擁有廣闊應(yīng)用前景，世界上對(duì)它的研究也從未停止。
近日，我國(guó)科學(xué)家研發(fā)設(shè)計(jì)的新型離子膜首次實(shí)現(xiàn)膜內(nèi)近似無摩擦的離子傳導(dǎo)，有望大幅提升液流電池等儲(chǔ)能裝備的效率。這項(xiàng)研究由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐銅文教授、楊正金教授團(tuán)隊(duì)與合作者共同完成，相關(guān)成果近期在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
圖源：央視新聞
研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長(zhǎng)期研究積累和大量實(shí)驗(yàn)探索，設(shè)計(jì)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(nèi)“離子配位”機(jī)制，實(shí)現(xiàn)膜內(nèi)近似無摩擦的離子傳導(dǎo)和水系有機(jī)液流電池的快充。
據(jù)悉，使用這種膜組裝的液流電池，充放電電流密度可達(dá)每平方厘米500毫安，是當(dāng)前同類產(chǎn)品數(shù)值的5倍以上。《自然》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。
國(guó)際上，有關(guān)離子膜的研究最早在美國(guó)開展。1949年美國(guó)人發(fā)明了離子膜，并于1950年成功研制了第一張具有商業(yè)用途的離子膜。
我國(guó)的離子膜研究起步于1958年，作為我國(guó)功能膜研究的最早領(lǐng)域，其初衷是為了支持原子能事業(yè)的發(fā)展。到20世紀(jì)末，我國(guó)的離子膜研究還一直局限于從離子交換樹脂制備的異相離子膜，由于電阻大、選擇性差，只能用于初級(jí)水處理，與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距。
21世紀(jì)以來，在以徐銅文教授等為代表的中國(guó)科學(xué)家的努力下，我國(guó)的離子膜研究不曾止步，不斷攻克科研難關(guān)。
這種新型的液流電池儲(chǔ)能技術(shù)可以與電網(wǎng)結(jié)合，用于家庭用電、工業(yè)生產(chǎn)。它的問世，不僅起到了大幅提升液流電池等儲(chǔ)能裝備效率的作用，還有望在我國(guó)太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源的儲(chǔ)能領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前，研究人員正在加緊實(shí)現(xiàn)該型離子膜量產(chǎn)。
資料來源：金臺(tái)資訊、央視新聞、IT之家等
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