静电自吸附稳定的超薄复合膜，实现高性能碱性水电解

《Advanced Sustainable Systems》：Electrostatic Self-Adsorption Stabilized Ultra-Thin Composite Membrane Enabling High-Performance Alkaline Water Electrolysis

聚醚砜/氧化锆复合膜通过钛酸酯偶联剂界面工程实现超薄（≈120μm）制备，自组装增强碱稳定性，结合PPS编织层提升机械性能。优化膜在80℃、30wt% KOH中电解水电压1.82-1.88V，电流密度1.0A/cm2下运行150小时，面积电阻0.09Ω·cm2，气泡压力4.55bar，表面亲水性优异，理论模拟验证了纳米颗粒锚定机制。

　　

摘要

由于在恶劣条件下存在有机-无机相分离问题，开发用于碱性水电解（AWE）的高性能、超薄膜仍然具有挑战性。本文通过使用钛酸盐偶联剂（CHOPT）进行界面工程处理，制备了一种超薄（约120微米）的聚醚砜/氧化锆（PES/ZrO₂）复合膜。改性后的ZrO₂具有与PES相反的Zeta电位，从而实现静电自吸附效应，且这种效应随碱度的增加而增强，确保了纳米颗粒的牢固固定。加入PPS网状结构进一步提高了膜的机械稳定性。优化后的膜表现出优异的性能：极低的面积电阻（0.09 Ω cm²）、较高的气泡点压力（4.55巴）以及出色的亲水性。在80°C、30 wt%的KOH溶液中，该膜可使电解槽在1.82–1.88 V（1.0 A cm^?2）的电压下稳定运行150小时。此外，理论计算和分子动力学模拟为膜优异性能的机制提供了见解。这项工作为制备耐用、高效的新型AWE膜提供了一种可扩展的策略，有助于解决绿色氢生产中的关键问题。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。