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新華社北京電 （記者張泉）離子膜在清潔能源、節(jié)能減排、能量轉換與儲存等方面擁有廣闊應用前景。我國科學家設計了一類新型離子膜，首次實現(xiàn)膜內(nèi)近似無摩擦的離子傳導，有望大幅提升液流電池等儲能裝備的效率。
記者從中國科學院獲悉，該研究由中國科學技術大學徐銅文教授、楊正金教授團隊與合作者完成，相關成果近期在國際學術期刊《自然》發(fā)表。
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，它既要阻隔正負極間活性物質(zhì)，防止短路，又要保證離子在充放電過程中高效通過，減少損耗，而傳統(tǒng)離子膜普遍存在傳導性、選擇性相互制約的難題。
“就像用篩子篩沙，最好的篩子是既能阻隔粗沙（選擇性），又能使細沙快速通過（傳導性）。但是，篩孔小的，細沙流得也慢；篩孔大的，粗沙細沙都能過去。”徐銅文說，離子膜的研究重點，就是在膜內(nèi)構筑僅允許“細沙”快速通過的高效通道。
此項研究中，團隊創(chuàng)新性地設計了一種具有貫通亞納米離子通道的微孔框架離子膜材料，同時在通道中進行了化學修飾，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。
據(jù)介紹，在這種膜內(nèi)，離子實現(xiàn)了近似無摩擦傳導。使用這種膜組裝的液流電池，充放電電流密度可達每平方厘米500毫安，是當前同類產(chǎn)品數(shù)值的5倍以上。《自然》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。
“該成果涉及的微孔框架離子膜的設計理念，還可拓展至其他功能化框架聚合物膜，并以此為基礎進行高性能膜材料的定向設計。”楊正金說。
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