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23
2026
-
06
Nat. Commun.: 打破传输与阻隔的权衡，高性能电解水隔膜的新结构设计
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背景
在绿色制氢技术中，碱性水电解因其成熟性与低成本优势被广泛应用，但其效率提升长期受限于隔膜材料的性能瓶颈。理想隔膜需要同时具备高离子传导、优异气体阻隔以及长期稳定性，然而传统材料往往难以兼顾这些关键指标。例如，基于氧化锆的复合膜虽然具有良好的化学稳定性，但在实际应用中普遍存在“导电性与阻气性难以兼顾”的问题：提高孔隙率有利于离子传输，却会削弱气体阻隔能力；增强致密性则会带来较高电阻。因此，如何在微观结构层面实现两者协同优化，是碱性电解水隔膜设计中的核心挑战。
创新
近日，浙江工业大学沈江南教授团队联合韩国汉阳大学Young Moo Lee院士该研究提出了一种基于溶胶–凝胶的一步法构筑均一纳米多孔结构的复合膜策略。通过在聚苯并咪唑基体中均匀引入稳定氧化锆纳米颗粒，并借助磷酸作为“分子桥”，实现了无机–有机界面的强耦合与结构协同调控。这一设计形成了类似“海绵状”的均一纳米孔结构，在高达约85%孔隙率的情况下，仍保持超过25 bar的高气泡点压力，成功突破了传统结构中“高孔隙=低阻隔”的限制。同时，多相界面构建的连续传输网络提供了多路径协同的OH⁻迁移通道，大幅降低了面电阻。在电解水性能上，该膜在2.0 V下实现了13.1 A cm⁻²的高电流密度，并可在不同碱浓度条件下稳定运行。进一步通过引入PPS网增强结构，实现了超过7000小时的长期稳定运行，并在大面积电解单元中验证了其实用性。
意义
该工作从结构设计层面实现了离子传输与气体阻隔性能的协同优化，突破了传统复合膜中长期存在的性能权衡问题。更重要的是，这种基于溶胶–凝胶构筑均一纳米结构的策略，为无机–有机复合膜提供了一种可规模化、可调控的制备路径，有望推广至更广泛的电化学与分离体系。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/n9gQT0_bJT2xLA0ZLgIlYQ
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