离子膜在清洁能源、节能减排、能量转换与储存等方面拥有广阔应用前景。我国科学家设计了一类新型离子膜，首次实现膜内近似无摩擦的离子传导，有望大幅提升液流电池等储能装备的效率。
记者从中国科学院获悉，该研究由中国科学技术大学徐铜文教授、杨正金教授团队与合作者完成，相关成果近期在国际学术期刊《自然》发表。
离子膜是液流电池、燃料电池等电化学器件或装备的关键部件，它既要阻隔正负极间活性物质，防止短路，又要保证离子在充放电过程中高效通过，减少损耗，而传统离子膜普遍存在传导性、选择性相互制约的难题。
“就像用筛子筛沙，最好的筛子是既能阻隔粗沙（选择性），又能使细沙快速通过（传导性）。但是，筛孔小的，细沙流得也慢；筛孔大的，粗沙细沙都能过去。”徐铜文说，离子膜的研究重点，就是在膜内构筑仅允许“细沙”快速通过的高效通道。
此项研究中，团队创新性地设计了一种具有贯通亚纳米离子通道的微孔框架离子膜材料，同时在通道中进行了化学修饰，不仅解决了传统离子膜材料中离子通道老化和吸水溶胀问题，还兼具高选择性和高传导率。
据介绍，在这种膜内，离子实现了近似无摩擦传导。使用这种膜组装的液流电池，充放电电流密度可达每平方厘米500毫安，是当前同类产品数值的5倍以上。《自然》审稿人认为，这种离子膜在液流电池中展示出了非凡的性能。
“该成果涉及的微孔框架离子膜的设计理念，还可拓展至其他功能化框架聚合物膜，并以此为基础进行高性能膜材料的定向设计。”杨正金说。
