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圖1  原位聚合4μm UHMWPE支撐復合陰離子交換膜

  近期，重慶大學化學化工學院魏子棟教授團隊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�。ǖ椭�4 μm）、超強（>150 MPa）的復合陰離子交換膜（圖1）。該工作是團隊針對燃料電池高性能陰離子交換膜的最新進展之一。對于燃料電池，離子交換膜應盡可能薄，以降低歐姆內(nèi)阻。但隨著膜厚度降低，其機械性能往往無法得到保證，并且存在氣體（H₂和O₂）滲透的巨大風險。而復合膜是應對以上挑戰(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)燃料交叉的風險。同時，制備的復合陰離子交換膜繼承了UHMWPE膜的超高機械強度，實現(xiàn)了陰離子交換膜（濕膜）在4μm超薄厚度下，仍具有超過150 MPa機械強度的突破。此外，該超薄復合陰離子交換膜具有極低的吸水溶脹、高電導率和良好的化學穩(wěn)定性，將其應用于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 復合膜的氫氣滲透率和機械性能

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化學化工學院博士生袁偉，通訊作者為重慶大學化學化工學院王建川副教授和魏子棟教授。該研究得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金委的支持。

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