中國科學院大連化學物理研究所提出高水合陽離子策略提高陰離子交換膜堿穩定性

　　【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所燃料電池研究部燃料電池系統科學與工程研究中心(DNL0301組群)邵志剛研究員、趙云研究員團隊在陰離子交換膜堿穩定性的研究中取得新進展。團隊通過在陽離子官能團上構筑合適的親水硅氧網絡，提高陰離子交換膜的堿穩定性。
 

　　陰離子交換膜是堿性能源器件(堿性燃料電池、電解水)的關鍵材料，近年來備受關注。然而，陰離子交換膜堿穩定性低，嚴重制約了相關能源器件的應用。
 

　　本工作中，團隊通過監測微區溫度，在燃料電池的運行中檢測并計算陰極局部λ值，發現陰極局部λ值隨電流密度的提高和相對濕度的降低而降低。基于此，團隊進一步通過Menshutkin反應，將碘甲基三甲基硅烷修飾在陽離子官能團上，并將硅氧烷進行水解得到三維硅氧交聯網絡。團隊利用二維紅外相關光譜證明，膜內水狀態由中等強度氫鍵結合水轉變為強氫鍵結合水。該陰離子交換膜在嚴苛環境下(λ=4)的非原位堿穩定性測試中表現出提升的堿穩定性。同時，該陰離子交換膜在高電流密度和低相對濕度的工況下均表現出優異的保水性能，可以緩解官能團的降解。進一步，團隊通過加速衰減測試證明，該陰離子交換膜組裝的燃料電池具有更低的電壓衰減率，電池中陰極側膜和離聚物均發生嚴重的衰減，而該陰離子交換膜卻表現出更高堿穩定性。該工作為高耐堿性陰離子交換膜的設計提供新思路。
 

　　近年來，邵志剛和趙云團隊致力于高性能陰離子交換膜及其能源器件研究，在陰離子交換膜設計制備方面取得系列進展(Nature Commun.，2025；J. Membr. Sci.，2025;J. Membr. Sci.,2024)，為陰離子交換膜進一步發展提供良好的借鑒。
 

　　相關研究成果以“Improving Alkali Stability of Anion Exchange Membrane by A Super Water-retention Strategy”為題，發表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。上述工作得到國家自然科學基金、中國科學院A類先導專項“基于高比例可再生能源的儲能關鍵技術與示范”、遼寧省優秀青年科學基金、遼寧省興遼英才計劃、我所創新基金等項目的支持。