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15
2026
-
07
Angew：非氟自修复质子膜，兼顾强度与导电的燃料电池新范式
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背景
质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为氢能利用的核心技术，对膜材料提出了*高要求：既要具备高质子电导率，又需在复杂工况下保持机械强度、气体阻隔性与长期稳定性。然而，当前主流的全氟磺酸膜（如Nafion）虽然导电性能优异，却存在环境负担大、抗机械损伤能力弱等问题，一旦产生微裂纹或穿孔，便会引发燃料交叉与性能快速衰减。近年来，自修复膜材料被视为提升安全性与寿命的重要方向，但传统设计往往依赖动态键或超分子作用，这虽有利于修复，却不可避免地削弱材料刚性与抗穿刺能力，导致“强度–修复性”难以兼顾。因此，开发一种同时具备高导电性、机械韧性与自修复能力的非氟质子膜，成为该领域亟待突破的关键难题。
创新
近日，华南理工王号兵教授团队提出了一种基于非氟聚烯烃的新型质子交换膜，通过稀土催化调控聚合物微结构，实现“刚-柔协同”的多尺度结构设计。材料由刚性聚(3-甲基-1-丁烯)链段与柔性乙烯-丙烯链段组成，在纳米尺度上形成相分离结构：刚性域提供机械支撑与抗穿刺能力，柔性链段则赋予链段运动能力，从而实现损伤后的自发重组与修复。同时，引入的磺酸基团在微相分离结构中形成连续离子团簇，构建*质子传输通道，使膜在80°C和高湿条件下实现优异导电性能。更重要的是，该体系通过“化学键+物理交联”的双网络结构，在受到机械损伤后可自主修复，并恢复其力学性能、导电能力及气体阻隔性能，显著优于传统材料。
意义
该工作突破了传统质子膜在“导电性—机械强度—自修复能力”之间的性能权衡，提出了一种结构驱动的协同设计策略，为高性能非氟膜材料提供了新路径。从应用角度看，这类具备抗穿刺与自修复能力的膜材料，将显著提升燃料电池在复杂工况下的安全性与耐久性，减少维护成本并延长使用寿命。同时，其非氟体系也有助于降低环境风险，契合绿色可持续发展需求。更广泛地，该研究展示了通过调控聚合物微结构实现多功能集成的设计思路，为下一代能源材料的发展提供了重要启示，有望推动燃料电池从实验室走向更大规模的实际应用。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Yw_g7Mmzhmq18eN13Ttz9Q
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