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。我國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一類新型離子膜，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。

記者從中國科學(xué)院獲悉，該研究由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐銅文教授、楊正金教授團(tuán)隊(duì)與合作者完成，相關(guān)成果已在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

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，它既要阻隔正負(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，而傳統(tǒng)離子膜普遍存在傳導(dǎo)性、選擇性相互制約的難題。

“就像用篩子篩沙，最好的篩子是既能阻隔粗沙(選擇性)，又能使細(xì)沙快速通過(傳導(dǎo)性)。但是，篩孔小的，細(xì)沙流得也慢;篩孔大的，粗沙細(xì)沙都能過去。”徐銅文說，離子膜的研究重點(diǎn)，就是在膜內(nèi)構(gòu)筑僅允許“細(xì)沙”快速通過的高效通道。

此項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)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)在通道中進(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題，還兼具高選擇性和高傳導(dǎo)率。

據(jù)介紹，在這種膜內(nèi)，離子實(shí)現(xiàn)了近似無摩擦傳導(dǎo)。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。

“該成果涉及的微孔框架離子膜的設(shè)計(jì)理念，還可拓展至其他功能化框架聚合物膜，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行高性能膜材料的定向設(shè)計(jì)。”楊正金說。