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圖1  原位聚合4μm UHMWPE支撐復(fù)合陰離子交換膜

  近期，重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院魏子棟教授團(tuán)隊(duì)基于超高分子量聚乙烯（UHMWPE）多孔薄膜，采用真空輔助原位本體聚合，制備了一種超薄（低至4 μm）、超強(qiáng)（>150 MPa）的復(fù)合陰離子交換膜（圖1）。該工作是團(tuán)隊(duì)針對(duì)燃料電池高性能陰離子交換膜的最新進(jìn)展之一。對(duì)于燃料電池，離子交換膜應(yīng)盡可能薄，以降低歐姆內(nèi)阻。但隨著膜厚度降低，其機(jī)械性能往往無法得到保證，并且存在氣體（H₂和O₂）滲透的巨大風(fēng)險(xiǎn)。而復(fù)合膜是應(yīng)對(duì)以上挑戰(zhàn)的一種有效策略。該工作采用真空輔助原位本體聚合方法，將聚電解質(zhì)致密地填充UHMWPE多孔薄膜孔道，保證了足夠低的氫氣滲透率（圖2a），避免在燃料電池工作中出現(xiàn)燃料交叉的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，制備的復(fù)合陰離子交換膜繼承了UHMWPE膜的超高機(jī)械強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了陰離子交換膜（濕膜）在4μm超薄厚度下，仍具有超過150 MPa機(jī)械強(qiáng)度的突破。此外，該超薄復(fù)合陰離子交換膜具有極低的吸水溶脹、高電導(dǎo)率和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，將其應(yīng)用于H₂-O₂和H₂-Air (CO₂-free)堿性燃料電池中，分別展現(xiàn)出1014 mW cm^-2 and 534 mW cm^-2的峰值功率密度以及較好的燃料電池工況穩(wěn)定性（圖3）。

圖2 復(fù)合膜的氫氣滲透率和機(jī)械性能

圖3 燃料電池性能

  該工作以“Ultrathin and Super Strong UHMWPE Supported Composite Anion Exchange Membranes with Outstanding Fuel Cells Performance”為題發(fā)表在《Small》上（Small 2022, 2105499）。文章第一作者是重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生袁偉，通訊作者為重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院王建川副教授和魏子棟教授。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202105499