兼具微相分离与固有微孔结构的聚合物膜助力水系有机液流电池性能突破

为解决水系有机液流电池(AORFB)中离子交换膜导电性与选择性难以兼得的难题，研究人员开发了一种集成超微孔和微相分离离子通道的支化膜(b-TB膜)。通过三臂分支连接体与半刚性Tr?ger’s base(TB)骨架的序贯构建，该膜实现了10?12 cm2 /s的超低渗透率，在300 mA/cm2 电流密度下展现42%的能量效率，为电化学器件膜设计提供了新范式。

　　

这项突破性研究展示了一种革命性的聚合物膜设计策略——将尺寸限域的微相分离通道与固有微孔结构(ultra-microporous)巧妙整合于支化Tr?ger’s base(TB)骨架中。科研团队采用时序合成法，先引入三臂分支连接体构建柔性网络，再通过半刚性TB骨架锁定微孔结构，最终制得的b-DPM-N3膜如同构建了"分子级高速公路"：微相分离区域确保质子快速传导，而0.5-2纳米的超微孔则像精密筛网般有效阻挡活性物质交叉渗透。

在pH中性水系有机液流电池(AORFB)测试中，该膜展现出"鱼与熊掌兼得"的特性：活性物质渗透率低至10^?12
cm²
/s量级，同时保持优异离子电导率。当电流密度飙升至300 mA/cm²
时，电池仍能维持42%的能量效率，且循环稳定性显著提升。这种"双通道协同"设计理念，为下一代液流电池乃至燃料电池、电解水等电化学装置的隔膜开发提供了全新思路。