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中新網合肥4月27日電 (記者 吳蘭)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。

4月26日,該研究成果發表在國際學術期刊《自然》上。

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500 mA/cm2,是當前普遍報道值的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,用于傳導離子的通道不夠“堅固”,長時間使用后,結構會發生老化,從而導致性能下降。

該成果第一作者、徐銅文團隊博士后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)、篩選細沙并使其快速通過(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,就是如何在膜內構筑僅允許“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。

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,并以此為基礎進行高性能膜材料的定向設計。據介紹,此類離子膜有望實現國產聚合物離子膜的“彎道超車”,為實現國家“雙碳”戰略目標和可持續發展提供技術支撐。(完)

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