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離子膜在清潔能源、節能減排、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，首次實現膜內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，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，就是在膜內構筑僅允許“細沙”快速通過的高效通道。
此項研究中，團隊創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。
據介紹，在這種膜內，離子實現了近似無摩擦傳導。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，是當前同類產品數值的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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