近日，iChEM研究人员、中国科学技术大学徐铜文教授课题组在碱性聚电解质膜燃料电池关键膜材料结构设计与制备方面取得重要研究进展，相关成果以“Alkaline Anion-Exchange Membranes Containing Mobile Ion Shuttles”为题在线发表于 《先进材料》期刊 (Adv. Mater. 2016, 28, 3467–3472, DOI: 10.1002/adma.201506199).

碱性聚电解质膜燃料电池（APEMFC）具有绿色、电极反应动力学快以及不依赖于贵金属铂催化剂等优点是目前的研究热点。该技术的核心部件之一，碱性阴离子交换膜由于结构的缺陷导致OH^-电导率与稳定性无法兼顾。传统膜均以共价键形式将功能基团（如季铵阳离子链接在聚合物链段上，离子传导率严重依赖于功能基团的含量，增加含量虽然能提高OH^-电导率传导性能，但导致膜过度溶胀降低使用寿命。该研究成果突破了现有离子膜结构的制约，原创性提出离子化合侧链局部“穿梭”加快离子传导的概念。具体通过主客体化学，将离子化链段嵌入含冠醚高分子主链中并封端制备出“穿梭”侧链型离子交换膜。由于断裂主客体相互作用所需要的活化能较低，离子化侧链可在一定温度和pH值环境下（50-80℃，碱性）摆脱冠醚束缚，局部自由“穿梭”，增加周围水合离子的扰动程度，加快离子传导。与传统共价键结合阴膜相比，在离子交换基团含量较低的情况下（IEC= 0.68 mmol/g），OH^-离子电导率在80℃时达到189 mS/cm，这种特殊的“穿梭”构型摆脱了离子传导性能对功能基团含量的依赖，提出了一种全新的离子传导机制，对设计高性能离子膜和发展燃料电池技术具有重要意义。

该研究工作得到了科技部973项目、国家自然科学基金和教育部能源材料化学协同创新中心（2011·iChEM）的资助。（文图：吴亮、葛晓琳）

原文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201506199/epdf