壳聚糖基质子交换膜在PEMFC与DMFC中的应用：最新进展、挑战与未来展望

《Electrochem》：Chitosan-Based Proton Exchange Membranes for PEMFC and DMFC Applications: Recent Advances, Challenges, and Future Perspectives

　　

质子交换膜（PEMs）是低温燃料电池的关键部件，因为它控制着质子传输、燃料渗透、水管理以及膜电极组件的机械和化学耐久性。尽管全氟磺酸膜（如Nafion）仍被广泛使用，但其对氟化学的依赖、对水合状态敏感的导电性、成本以及甲醇渗透问题，激发了人们对源自可再生资源的替代膜材料的兴趣。壳聚糖（CS）是一种天然来源的多糖，含有丰富的氨基和羟基官能团，已成为开发用于聚合物电解质膜燃料电池（PEMFCs）和直接甲醇燃料电池（DMFCs）的质子传导膜的有前景的平台材料。本综述严格审视了壳聚糖基膜的最新进展，重点涵盖交联、无机和碳基复合物形成、生物衍生填料掺入、聚合物共混以及离子液体改性。本文结合膜组成和结构，讨论了这些策略对质子传导率、甲醇渗透性、吸水率、尺寸稳定性、机械特性、热稳定性和化学稳定性以及燃料电池性能的影响。所综述的研究表明，对壳聚糖的定向改性可以显著改善单一膜性能；然而，在质子传输、燃料阻隔特性、机械完整性、水合状态和长期耐久性之间实现同步平衡仍然具有挑战性。壳聚糖特性、膜制备、测试条件和性能评估的差异也阻碍了所报道系统之间的直接比较。因此，未来研究应强调标准化表征、可重复的膜制备、膜电极组件优化、长期单电池测试和生命周期评估。这些进展对于将壳聚糖基PEMs从实验室规模材料转化为耐用且实用的燃料电池应用至关重要。

论文主体内容总结

1. 引言

1.1 能源与燃料电池：能源是现代社会的基石，全球人口持续增长推动能源需求上升。自19世纪末以来，化石燃料一直是满足全球能源需求的主要来源，但对化石燃料的过度依赖加剧了气候变化的不利影响，且化石燃料属于有限资源，其长期可用性存在不确定性，因此亟需多元化能源供应并推进可持续能源技术。燃料电池（FCs）作为一种高效的电化学能量转换装置，能够直接将燃料的化学能转化为电能，具有高能量转换效率、低污染物排放、安静运行、模块化等优势，适用于固定式、便携式和交通应用场景。根据电解质类型和运行条件，FCs可分为PEMFCs、DMFCs、碱性燃料电池（AFCs）、磷酸燃料电池（PAFCs）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFCs）和固体氧化物燃料电池（SOFCs）等类别。其中，PEMFCs因其较低的工作温度、高比功率、快速启动和紧凑结构而备受关注；DMFCs作为低温质子传导FCs的一个子类，因甲醇可直接供应至阳极而特别适用于便携式和小规模应用。

1.2 PEMFCs和DMFCs：PEM是PEMFCs和DMFCs的多功能组件，必须在阳极和阴极之间提供高效质子传输，同时实现电子绝缘并防止燃料与氧化剂的直接混合。此外，膜必须在水合和电化学活性运行条件下保持足够的机械完整性、尺寸稳定性、化学耐受性和热稳定性。在DMFCs中，膜还面临额外挑战，即需最小化甲醇从阳极到阴极的渗透。因此，开发同时具备极高离子（H⁺）传导率、低燃料渗透性、优异机械强度和长期化学耐久性的膜，仍是低温燃料电池研究的核心挑战。

1.3 Nafion及其局限性：在商用PEMs中，全氟磺酸（PFSA）聚合物，尤其是Nafion，已成为PEMFC和DMFC研究的基准材料。Nafion由含强酸性磺酸基（-SO₃H）的疏水性氟碳主链构成，在水合条件下，亲水性-SO₃H域促进相互连接的水富集路径的形成，质子可沿此迁移。Nafion具有高H⁺传导率（0.1 S cm^?1）、优异的化学耐受性、出色的机械特性和相对较高的热稳定性。然而，Nafion的合成涉及氟化学，导致材料和加工成本较高，并引发环境持久性和寿命终结管理方面的担忧。此外，Nafion中的质子传输高度依赖膜的水合能力，在低相对湿度条件下，亲水域脱水可显著降低质子传导率和燃料电池性能。在DMFCs中，水合膜对甲醇的高亲和力也会促进甲醇从阳极向阴极的渗透，导致阴极去极化、混合电位形成、燃料损失和整体电池效率降低。除膜外，电催化剂是决定燃料电池性能的另一关键组件。PEMFCs中的氢氧化反应（HOR）和氧还原反应（ORR）受动力学限制，需要高效电催化剂。铂（Pt）及Pt基材料因其高催化活性、合适的电化学稳定性和促进酸性条件下HOR和ORR的能力而被广泛采用，但其高成本、有限丰度和易中毒性等限制了大规模应用。在DMFCs中，阳极甲醇氧化反应（MOR）涉及多步质子和电子转移及中间物种（如一氧化碳）的形成，Pt基催化剂常与其他金属（如Ru）结合以改善氧化动力学并减轻催化剂中毒。近年来，大量研究聚焦于开发非氟化烃基聚合物膜作为Nafion的替代品，代表性材料包括磺化聚醚醚酮（SPEEK）、磺化聚砜/聚醚砜（SPSU/SPES）、磺化聚酰亚胺（SPI）和磺化聚苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（S-PSEBS）等。这些材料的性能强烈依赖于聚合物结构和磺化度，过度磺化可导致高吸水率、溶胀和尺寸稳定性丧失，而磺化不足则可能限制质子传导率。

1.4 生物基膜：源于可再生生物资源的聚合物日益受到关注。可生物降解和生物衍生聚合物相比传统芳香族聚合物具有可再生原料可用性、可生物降解性、相对低毒性和化学功能性等潜在优势。纤维素、壳聚糖、海藻酸盐、淀粉及其他多糖基材料已被探索用于电化学储能和能量转换技术。然而，许多生物聚合物直接用作质子交换膜仍具挑战性，因为其固有质子传导率、水管理特性、机械强度和化学稳定性可能无法满足燃料电池运行的严格要求，这促使了化学改性、交联、共混和纳米复合生物聚合物膜的发展。

1.5 壳聚糖：壳聚糖（CS）是一种线性多糖，主要由β-(1 → 4)-连接的葡萄糖胺单元组成，并含有数量可变的N-乙酰-D-葡萄糖胺。它主要通过甲壳素脱乙酰化获得，甲壳素是最丰富的天然多糖之一。壳聚糖的分子结构含有丰富的氨基（-NH₂）和羟基（-OH）基团，为氢键、质子相互作用、化学功能化、交联以及与无机或有机质子传导物种的相互作用提供了大量位点。这些官能团还使壳聚糖的理化性质可通过质子化、磺化、磷酸化、酸掺杂、接枝、共混和纳米填料掺入等方式进行调控。此外，其成膜能力、潜在可生物降解性、可再生来源和官能团使壳聚糖成为开发更可持续膜材料的有吸引力的候选材料。

1.6 综述范围：尽管壳聚糖基PEMs的开发已取得相当进展，但若干挑战仍限制其在PEMFCs和DMFCs中的广泛应用。所报道的膜性能随壳聚糖特性、膜组成、制备方法、厚度、温度、湿度和测试方案的不同而差异显著，使不同研究之间的直接比较变得困难。此外，膜层面的高质子传导率并不必然转化为优异的单电池燃料电池性能，因为实际运行还受膜厚度、电极/膜界面、催化剂层特性、湿度、燃料浓度、运行条件和长期耐久性等因素影响。因此，本综述批判性地审视了壳聚糖基PEMs在PEMFC和DMFC应用中的最新进展，重点关注交联、聚合物共混、无机和碳基复合物形成、生物衍生组分和离子液体掺入等策略，考察膜组成、结构、质子传输、甲醇渗透性、机械和热稳定性以及燃料电池评估之间的关系。

2. 用于PEMFCs和DMFCs的壳聚糖基膜

壳聚糖衍生膜因其膜特性可通过化学改性和掺入不同功能组分进行调控而受到广泛关注。根据改性策略，CS可单独用作膜，或与其他聚合物、无机填料、金属氧化物/硫化物、离子液体或交联剂结合使用。这些改性导致不同的膜结构，通常可分为壳聚糖基共混物、复合材料、离子液体掺入膜和交联膜。这些方法主要用于克服原始壳聚糖的固有局限性，特别是其相对有限的H⁺传导率、耐水性和燃料电池工作环境下的机械稳定性。在众多方法中，将无机组分掺入壳聚糖衍生膜提供了同时改善质子传输、保水性、热稳定性和机械强度的有效策略。亲水性和吸湿性无机填料，如SiO₂、TiO₂和碳纳米管（CNTs），可促进保水性并提供额外的质子传输路径或界面位点。

2.1 交联壳聚糖：交联是调控聚合物材料理化特性和机械特性的有效策略。化学交联可显著增强膜材料的机械完整性和化学耐受性，尤其在共价和离子交联的壳聚糖体系中。在此过程中，单个壳聚糖链通过合适的交联剂连接，形成主要由共价或离子相互作用稳定的互连三维聚合物网络。硫酸（H₂SO₄）已被研究用于改性壳聚糖基膜，并与离子交换容量（IEC）从2.5增加到5.66 meq. g^?1相关联。然而，这种增加不应仅归因于交联，硫酸可质子化壳聚糖的氨基（–NH₂至–NH₃⁺），而相关的硫酸氢根（HSO₄^?）和硫酸根（SO₄^2–）物种可能参与聚合物基质内的离子相互作用。戊二醛是另一种交联剂，可与壳聚糖的氨基反应形成共价键，从而增强聚合物网络。一项研究基于磺化壳聚糖（SCS）和三种磺化纳米颗粒（磺化二氧化钛S-TiO₂、磺化二氧化硅S-SiO₂和磺化碳纳米管S-CNTs）开发了四种膜配方（M1至M4），使用戊二醛（0.5%）作为交联剂。最优膜在50 °C下表现出良好稳定性，最大功率密度为90 mW cm^?2，电流密度为280 mA cm^?2，电池电阻相对较低为5.1 Ω cm²。

2.2 壳聚糖复合材料：无机填料是改性壳聚糖膜最广泛研究的方法之一。其掺入可引入亲水或质子相互作用表面、改变聚合物结晶度、提高热稳定性，并为甲醇传输创造更曲折的路径。然而，过量填料负载也可能导致颗粒团聚和离子传输路径受限。

2.2.1 无机填料：TiO₂因其亲水表面和改变聚合物理化结构的能力而被掺入壳聚糖膜中。一项研究报道了用于DMFC应用的CS/TiO₂复合膜，含1.5 wt% TiO₂的膜表现出最大质子传导率0.41 mS cm^?1和约17.18 × 10^?8 cm² s^?1的甲醇渗透率。增加TiO₂负载同时降低了水和甲醇吸收率，同时提高了质子传导率。另一项研究结合了聚合物共混、静电纺丝和陶瓷纳米颗粒掺入，制备了固定PVA/CS比为80:20的静电纺丝PVA/壳聚糖膜，TiO₂浓度范围为约1000至50,000 ppm。最低TiO₂浓度产生的吸湿性与未填充膜相当，而较高TiO₂浓度逐渐降低吸湿性，最高负载显示约2%的平衡吸收率。添加1000 ppm TiO₂还降低了与离子传输相关的活化能。二氧化硅是另一种重要的无机填料，其硅醇基团可与壳聚糖强烈相互作用并影响保水性和质子传输。一项研究报道了二氧化硅/壳聚糖膜中增强的质子传输，通过溶胶-凝胶法制备的4%磺化二氧化硅膜表现出最高报道传导率（0.234 S cm^?1）和56.21%的吸水率。另一项研究通过将SnO₂纳米颗粒掺入互交联的PVA/壳聚糖网络中，在环境温度下，含3 wt% SnO₂的膜表现出最大IEC为0.94 meq. g^?1和H⁺传导率6.3 × 10^?3 S cm^?1，并在Fenton条件下80 °C处理10小时后表现出约12.3%的降解率。后续研究将SnO₂纳米颗粒引入PVA/壳聚糖/聚苯并噁嗪（PVA/CS/PBZ）基质中，3 wt% SnO₂膜在90 °C下表现出0.094 S cm^?1的离子传导率。另一项研究考察了结合壳聚糖、CaO纳米颗粒和碳酸乙烯酯（EC）增塑剂的复合膜，优化后的CS/CaO/EC膜表现出3.5 meq. g^?1的IEC和166 mS cm^?1的质子传导率，但化学耐久性提升相对有限。最近一项研究开发了CS-树枝状聚酰胺胺（CS-DPA）和BiVO₄微立方体的多功能复合材料，经磷酸掺杂用于高温PEMFC（HT-PEMFC）应用。5 wt% BiVO₄膜表现出最大H⁺传导率，从环境温度下的0.03228 S cm^?1增加到180 °C下的0.0786 S cm^?1。另一项研究开发了结合壳聚糖、磺化壳聚糖（SCS）和锡酸钨（SnW）的杂化膜，CS/SCS/SnW复合膜的抗拉强度达到69.5 MPa，较原始CS提高41.8%，质子传导率达到0.0135 S cm^?1，甲醇渗透率降低了66.7%。在35 °C的DMFC单电池测试中，该膜实现了0.723 V的开路电压和24 mW cm^?2的峰值功率密度。

2.2.2 碳基和二维纳米填料增强壳聚糖：碳衍生和二维纳米材料为控制形貌、机械增强、表面功能化和质子传输路径提供了额外机会。CNTs、石墨烯衍生材料和MoS₂因其高纵横比或二维结构可创造广泛的聚合物-填料界面而特别引人关注。一项研究开发了掺入功能化CNTs和剥离MoS₂纳米片的壳聚糖纳米杂化膜，使用柠檬酸作为壳聚糖链的交联剂。含6 wt% CNT-MoS₂的膜在100 °C下实现了91.55 mS cm^?1的最大质子传导率，并改善了保水性、机械性能、热稳定性和抗氧化性。另一项研究使用磺化壳聚糖/氧化石墨烯（SCS/GO）作为增强纳米填料，在9 wt% SCS/GO时，复合膜表现出约0.032 S cm^?1的质子传导率，甲醇渗透率降至约1.42 × 10^?7 cm² s^?1，抗拉强度较原始CS提高98%。

2.2.3 氧化性和非氧化性纳米填料的比较效应：金属氧化物填料（包括TiO₂、SiO₂、ZnO、SnO₂和CaO）可引入亲水表面位点并促进与壳聚糖氨基和羟基的相互作用，可能改善保水性、改变聚合物结构并支持质子传输。磺化氧化物填料可提供额外的酸性官能团，有助于质子传导。然而，过量氧化物含量可能导致颗粒团聚、阻碍质子传导路径或改变吸水率和溶胀行为。相比之下，非氧化物纳米材料，特别是二维材料（如MoS₂和石墨烯衍生材料）以及CNTs，提供了改性膜形貌、增强聚合物基质和增加填料与壳聚糖之间界面面积的机会。其高纵横比和层状或纤维状结构可在适当分散和整合时创造更曲折的甲醇传输路径，从而减少渗透。然而，界面相容性差、团聚、过量填料负载或水合聚合物网络破坏可能降低质子传导率和机械完整性。氧化性和非氧化性纳米填料应被视为互补而非竞争的方法，未来研究应在标准化条件下比较两类填料，并建立填料特性与质子传导率、甲醇渗透性、机械性能和单电池性能之间的定量关系。

2.2.4 生物衍生/聚合物组分：第二主要方向涉及用生物基或聚合物组分替代传统无机填料。一项研究考察了含硫酸盐木质素和有机溶剂木质素的壳聚糖复合膜，经硫酸处理引入硫酸基团并改性质子传输性能。处理后膜的质子传导率提高了约1.5个数量级，但单电池H₂/O₂燃料电池测试显示最大功率密度相对较低，为0.0038至0.0131 mW cm^?2。另一项研究制备了由磺化PVA（S-PVA）、壳聚糖和纤维素纳米晶体（CNCs）组成的三元复合膜，含3 wt% CNC的膜在25 °C和50% RH下表现出75 ± 1 mS cm^?1的质子传导率和1.69 × 10^?7 cm² s^?1的甲醇渗透率，较相应S-PVA/CS共混物降低30.5%。另一项研究开发了磷酸化聚硼硅氧烷（PA-PBS）与壳聚糖的复合膜用于HT-PEMFCs，在PA:APTES比为2:1时制备的膜在140 °C下达到67 mS cm^?1的质子传导率，并在140 °C下实现435.1 mW cm^?2的最大单电池功率密度。还有研究报道了MWCNT/g-C₃N₄/壳聚糖/Pt纳米复合材料作为单元化可再生PEMFCs的电催化剂，改性系统在燃料电池模式和电解器模式下分别表现出约16.98%和17.13%的性能提升。值得注意的是，膜层面质子传导率的提升并不必然转化为单电池功率密度的相应增加，燃料电池整体性能受多个相互依赖因素控制，包括膜厚度、膜-电极界面特性、电极动力学和运行条件等。

2.3 壳聚糖基聚合物共混物：聚合物共混已成为克服壳聚糖膜固有局限性的有效方法。通过将壳聚糖与互补聚合物（如磺化聚合物、PVA、聚环氧乙烷或其他质子传导聚合物）结合，可通过组成聚合物之间的协同相互作用调控所得膜的理化性质。一项研究将CS和Nafion以不同组成结合用于DMFC应用，含25 wt% Nafion的膜在DMFC性能评估中实现了39 mW cm^?2的最大功率密度，电流密度为319 mA cm^?2，接近重铸Nafion的性能。另一项研究探索了不同组成和H₂SO₄诱导交联的壳聚糖/PVA共混物，交联膜在28和70 °C下分别表现出1.12 × 10^?3和1.38 × 10^?3 S cm^?1的质子传导率，而相应原始膜仅为0.13 × 10^?3和0.16 × 10^?3 S cm^?1。交联处理还显著降低了甲醇渗透率，交联共混膜表现出0.34 × 10^?7 cm² s^?1的甲醇渗透率和32.94 × 10³ S s cm^?3的膜选择性。另一项研究开发了结合壳聚糖/PVA双功能纳米纤维和静电纺丝磺化聚醚醚酮（SPEEK）纳米纤维的多层PEM，SKNF/CPNF/SKNF结构将壳聚糖/PVA纳米纤维层夹在两层SPEEK纳米纤维层之间，该多层复合膜在80 °C和160 °C下分别表现出3.83 × 10^?2 S cm^?1和7.32 × 10^?2 S cm^?1的质子传导率，甲醇渗透率为1.14至1.63 × 10^?6 cm² s^?1。在无水H₂/O₂单电池PEMFC测试中，该膜在100 °C下实现0.914 V的开路电压和0.336 W cm^?2的峰值功率密度，在130 °C下分别增至0.886 V和0.508 W cm^?2。另一项研究考察了与环氧化天然橡胶（ENR）共混的CS基膜，CE-7膜（壳聚糖/ENR = 1:1）在75 kHz下表现出750.3 Ω cm的最高电阻率，传导率相对较低为0.0013–0.0066 S cm^?1。另一项研究通过席夫碱形成制备了壳聚糖/氧化PVA（OPVA）膜，CS/OPVA膜在100 °C下表现出202 mS cm^?1的质子传导率，较原始壳聚糖的49 mS cm^?1显著提高，活化能从原始CS的24 kJ mol^?1降至11 kJ mol^?1。其甲醇渗透率为8.654 × 10^?7 cm² s^?1，高于原始壳聚糖的5.358 × 10^?7 cm² s^?1，但低于Nafion的1.55 × 10^?6 cm² s^?1。

2.4 离子液体掺入的壳聚糖膜：离子液体（ILs）因其高离子传导率、优异的化学、热和电化学耐久性以及低熔点和低蒸气压而被掺入聚合物基质中。ILs由带电物种组成，通常为有机阳离子（如咪唑鎓、四烷基铵、四烷基膦、哌啶鎓、吡咯烷鎓和吡啶鎓）与有机或无机阴离子（包括氯离子、BF₄^?、PF₆^?、Tf₂N^?和TfO^?）结合。其中，质子型离子液体通常更受青睐，因其可交换质子可参与膜内广泛氢键网络的形成。一项研究探索了硝酸丙基铵（PAN）IL和/或SiO₂填料对N-亚甲基膦酸壳聚糖/PVA（NMPC/PVA）复合膜的影响，含20 wt% PAN的膜在25 °C下表现出最高离子传导率0.53 × 10^?3 S cm^?1，在100 °C下增至1.54 × 10^?3 S cm^?1。另一项研究开发了含1-己基-3-甲基咪唑鎓三氰基甲基化物（[HMIM][TCM]）和二乙基甲基铵甲烷磺酸盐（[DEMA][OMS]）的IL改性复合膜，原始CS膜的质子传导率从8.4 × 10^?4增至掺入30 wt% [HMIM][TCM]后的1.25 × 10^?2 S cm^?1和掺入100 wt% [DEMA][OMS]后的1.1 × 10^?2 S cm^?1。另一项研究报道了用于高达145 °C高温PEMFC研究的淀粉-壳聚糖基复合膜，掺入IL-1 [DEMA][OMS]和IL-2（1-乙基-3-甲基咪唑鎓甲烷磺酸盐[EMIM][CH₃O₃S^?]），在145 °C下，IL-1和IL-2改性的淀粉/壳聚糖膜相较参考膜分别表现出209%和900%的质子传导率增加。另一项研究合成了掺入IL和CNTs的CS衍生杂化膜用于DMFC运行，CPCN@IL-4复合材料表现出5.58 × 10^?8 cm² s^?1的低甲醇渗透率，显著低于商用Nafion 117的参考值2.74 × 10^?6 cm² s^?1。在70 °C下，CPCN@IL-3复合材料获得最高质子传导率21.52 × 10^?4 S cm^?1，使用2 M甲醇进料的单电池DMFC在70 °C下实现82 mW cm^?2的最大功率密度，电流密度为370 mA cm^?2。

2.5 PEMFC和DMFC膜的应用特定设计策略：尽管PEMFCs和DMFCs共享若干基本膜要求，但其应用特定优先级不同。PEMFC膜必须有效限制氢渗透，同时维持质子传输和水合状态；而DMFC膜则需特别强调抑制甲醇渗透。对于PEMFC应用，CS改性策略应主要改善质子传输、水合管理、机械完整性和抗化学氧化降解性。交联有助于控制过度溶胀和改善尺寸稳定性，而合适的聚合物共混和亲水或质子传导无机填料的掺入可改善保水性和质子传输。对于DMFC应用，在维持足够质子传导率的同时最小化甲醇渗透性是特别重要的设计目标。掺入无机填料（如TiO₂）可改变膜微结构并减少甲醇传输，而磺化壳聚糖和无机复合结构可提供额外的质子传导功能并改善燃料阻隔性能。总体而言，没有任何单一壳聚糖改性策略可被视为对PEMFCs和DMFCs均普遍最优，膜选择应基于目标燃料电池配置的主要传输和耐久性限制。

3. 挑战与未来展望

尽管壳聚糖基PEMs已取得相当进展，但在其实际应用于PEMFCs和DMFCs之前，仍需解决若干科学和技术挑战。可重复性和标准化评估方面，壳聚糖分子量、脱乙酰度、交联条件、膜厚度、添加剂负载和制备程序的差异会显著影响膜性能，测量温度、相对湿度、水合状态和电化学测试方案的差异也使结果比较复杂化。长期耐久性和结构完整性方面，化学或氧化稳定性测试的改善并不必然证明连续燃料电池运行下的持续性能，潜在降解路径包括氧化性聚合物链断裂、移动添加剂和掺杂剂的损失或再分布、水合循环中的反复溶胀-收缩以及微裂纹、针孔形成和膜-电极界面分离等机械损伤。向实际燃料电池性能转化方面，膜层面质子传导率或甲醇耐受性的改善并不必然转化为优越的器件性能。可扩展制造和可持续性方面，壳聚糖的环境优势不应自动归因于最终改性膜，整体环境特征取决于完整膜组成、制备路线、化学品消耗、运行耐久性和寿命终结管理。未来研究应通过系统材料设计、标准化评估、耐久性验证、可扩展制造和全面可持续性评估来解决这些挑战。

4. 结论

壳聚糖是用于PEMFC和DMFC应用的质子交换膜的有前景的生物衍生平台。所综述的研究表明，其固有局限性可通过多种膜开发策略解决，包括化学交联、聚合物共混、无机和碳基纳米填料掺入、功能化以及添加质子传导组分（如离子液体）。这些方法提供了调控质子传导率、甲醇渗透性、保水性、机械强度和热稳定性的机会。其中，最有前景的方法是那些实现高效质子传输、抑制燃料渗透、足够机械完整性和稳定运行平衡组合的方法。所综述文献还强调，单一膜性能的改善并不必然保证燃料电池性能的增强。因此，开发有效的壳聚糖基PEMs需要膜组成和结构的协调优化，并在膜电极组件和单电池层面进行验证。这些领域的持续进展有助于将壳聚糖基膜确立为未来电化学能量转换技术的更可持续替代方案。