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膜材料在生活中隨處可見，如蔬菜大棚薄膜、汽車玻璃防爆膜、手機面板保護膜等。近日，中國科學技術大學徐銅文教授、楊正金教授團隊與合作者研發(fā)了一類新型膜材料——微孔框架聚合物離子膜，解決了離子膜材料“傳導性-選擇性”相互制約的難題。該離子膜首次實現(xiàn)膜內近似無摩擦的離子傳導。相關研究成果4月26日發(fā)表于國際學術期刊《自然》。

離子膜是指由對離子具有選擇透過性的高分子材料制成的薄膜。它既需要篩分出特定的物質，防止它通過，又要保證某些物質能高效通過。“傳統(tǒng)離子膜普遍存在‘傳導性-選擇性’相互制約、不可兼得的難題。”徐銅文介紹。

更關鍵的是，離子膜是液流電池、燃料電池等電化學器件或裝備的關鍵部件，傳統(tǒng)離子膜普遍存在吸水后容易發(fā)生溶脹變形，結構疏松等問題;同時，長時間使用后，膜材料也會發(fā)生結構老化、性能下降。

為了解決這些問題，研究團隊創(chuàng)新性地研發(fā)了一種具有貫通亞納米離子通道的微孔框架離子膜材料，同時在通道表面進行了化學修飾，不僅解決了傳統(tǒng)離子膜材料中離子通道老化和吸水溶脹問題，還兼具高選擇性和高傳導率，離子傳輸更加迅速，在膜內實現(xiàn)了近似無摩擦傳導。使用該膜組裝的液流電池，充放電電流密度可以達到每平方厘米500毫安，是當前普遍報道值的5倍以上。

審稿人認為，這種離子膜在液流電池中展示出了非凡的性能，與迄今使用最好的膜相比，此類離子膜的性能顯著提高。對基于分子型活性物質的水系液流電池研究體系，也具有重要的借鑒意義

徐銅文表示，該離子膜有望廣泛應用于能源轉化、大規(guī)模儲能以及分布式發(fā)電等領域，為實現(xiàn)“雙碳”目標和可持續(xù)發(fā)展提供技術支撐。基于該成果孵化的特種離子膜產品已申請中國發(fā)明專利，研究人員正加緊實現(xiàn)該型離子膜量產。

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