亲水性氧化石墨烯改性复合隔膜助力高效碱性水电解制氢

为解决传统疏水性聚苯硫醚(PPS)隔膜在碱性水电解(AWE)中离子电阻高、气体渗透严重的问题，研究人员通过一步相转化铸造工艺开发了含氧化石墨烯(GO)的亲水性复合隔膜。该隔膜以PPS织物为基底，整合聚砜(PSU)、氧化锆(ZrO2)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和GO功能层，实现0.11 Ω·cm2超低面电阻和2 bar气泡点压力，在2V电压下电流密度达600 mA·cm?2，80℃强碱环境中稳定运行200小时，为可再生能源制氢提供了高效安全解决方案。

　　

在可再生能源间歇性供电与碱性水电解(AWE)耦合制氢的技术浪潮中，传统疏水性聚苯硫醚(PPS)隔膜暴露出致命缺陷——低负荷或启停工况下离子传输阻力剧增，气体交叉渗透引发安全隐患。科研团队创新性地采用一步相转化铸造技术，将具有"分子级筛网"特性的氧化石墨烯(GO)纳米片与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)协同组装，构建出"三明治"结构的复合隔膜。该设计以高强度PPS织物为骨架，功能层中聚砜(PSU)形成微孔基体，氧化锆(ZrO₂)纳米颗粒增强机械强度，GO/PVP复合物则像智能门卫般精准调控孔隙结构——既形成亲水通道促进OH^?快速传输(面电阻仅0.11 Ω·cm²)，又通过纳米限域效应阻挡H₂/O₂气泡穿透(气泡点压力达2 bar)。在80℃的30 wt%氢氧化钾(KOH)腐蚀环境中，这种"刚柔并济"的隔膜持续工作200小时仍保持性能稳定，其电流密度较传统材料提升50%以上，犹如为电解槽装上了"高速低耗"的离子高速公路。该突破为波动性风光能源制氢提供了兼具安全性、经济性和适应性的关键材料解决方案。