经济日报新闻客户端   佘惠敏   2023-04-27 13:19

4月26日的《自然》杂志发表了一项中国科学家的重要成果：中国科学技术大学徐铜文、杨正金团队与合作者设计了一类新型离子膜——微孔框架聚合物离子膜，首次实现膜内近似无摩擦的离子传导，有望应用于能源转化、大规模储能以及分布式发电等领域。

离子膜，是含功能基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜，在清洁能源、节能减排、能量转换与储存等方面有着广泛的应用前景。离子膜关键材料及装备技术，属于重点发展的国家战略新兴产业。

离子膜是液流电池、燃料电池等电化学器件或装备的关键部件，它既要阻隔正负极间活性物质、防止短路，又要保证离子在充放电过程中高效通过、减少损耗，而传统离子膜普遍存在“传导性-选择性”相互制约、不可兼得的难题。传统离子膜普遍存在吸水后容易发生溶胀变形、结构疏松等问题，特别是长时间使用后，可能会发生结构老化、性能下降。

中国科大研究团队经过多年研究，创新性地设计了一种具有贯通亚纳米离子通道的微孔框架离子膜材料，同时在通道中进行了化学修饰，不仅解决了传统离子膜材料中离子通道老化和吸水溶胀问题，还兼具高选择性和高传导率，离子传输更加迅速，在膜内实现了近似无摩擦传导。使用该膜组装的液流电池，充放电电流密度可以达到每平方厘米500毫安，是当前普遍报道值的5倍以上。

中国科大研发的这种国产离子膜有望大幅提升液流电池等储能装备的效率，在我国太阳能、风能等新能源的储能领域得到广泛应用。目前，项目孵化的特种离子膜产品已申请中国发明专利，研究人员正加紧实现该型离子膜的量产。

1949年美国人发明了离子膜，并于1950年成功研制了第一张具有商业用途的离子膜。我国的离子膜研究起步于1958年。到上世纪末，我国的离子膜研究还一直局限于从离子交换树脂制备的异相离子膜，其电阻大、选择性差，只能用于初级水处理，与发达国家存在较大差距。新世纪以来，在以徐铜文教授等为代表的中国科学家的努力下，我国的离子膜研究已经从最初的“奋力追赶”，到目前有望实现“弯道超车”。

根据国际权威数据库（web of science）的检索，近10年来，徐铜文领导的课题组在离子交换膜、双极膜两个方向的论文数量稳居于国际第一，研究水平在国际上处于领先地位。眼下，徐铜文正着手将科研成果逐个从“实验室”推向“生产线”，并进一步围绕“双碳”目标，着力为中国膜材料研究注入更多“中国芯”。

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