離子交換膜離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。離子交換膜簡介按功能或結構分類：陽離子交換膜、陰離子交換膜、兩性交換膜、鑲嵌離子交換膜、聚電解質復合物膜按制造工藝分類：異相膜、均相膜、半均相膜離子交換膜的特點及應用離子導電性親水性能固定載體（離子交換基團）特點應用舉例離子傳導電滲析電解質濃縮及淡化，雙極膜電滲析制備酸和堿，跨膜離子交換反應、電去離子電解過程的分割介質氯堿生產(chǎn)擴散滲析廢酸廢堿回收加壓滲析、熱滲析脫鹽或濃縮電池堿性電池、氧化還原電池、濃差電池燃料電池氫-氧、甲醇-氧親水性滲透汽化有機溶劑脫除去濕氣體除濕傳感器氣體傳感器固定載體促進傳遞酸性氣體去除修飾電極離子交換膜發(fā)展時間線1890191119251932194019501962197019781988-2002新型離子膜過程ED的集成雜化過程離子膜的大量工業(yè)應用雜化離子交換膜Nafion膜氯堿電極膜雙極膜電滲析首次應用于海水制鹽倒極電滲析EDR電去離子EDI商業(yè)離子交換膜和電滲析器出現(xiàn)電膜的首次工業(yè)應用Bacon首次制備兩性離子膜和鑲嵌膜首次制備離子膜Donnan電勢的提出第一個電膜過程201060年代質子交換膜燃料電池PEMFC出現(xiàn)并應用于航天全球最大的質子交換膜燃料電池示范站落戶華南理工大學2014豐田公司PEMFC汽車Mirai上市離子交換膜燃料電池高的離子傳導率低的燃料滲透率良好的機械性能良好的熱穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性良好的電化學穩(wěn)定性良好的尺寸穩(wěn)定性容易制備成MEA低廉的價格應用于燃料電池的離子交換膜應該具備的性質目前PEM以及AEM存在的主要問題PEM存在的主要問題高溫低濕質子傳導率低甲醇滲透嚴重耐受性差AEM存在的主要問題陰離子傳導率低堿穩(wěn)定性不足優(yōu)化膜內的水環(huán)境同時減少溶脹微相分離促進質子傳遞雜化膜構建連續(xù)離子傳遞通道基于石墨烯等二維材料的新型離子交換膜采用能夠抑制甲醇滲透的聚合物或者進行表面涂覆改性解決PEM存在問題的一些方法A跳躍機理B運載機理KreuerKD.Ionconductingmembranesforfuelcellsandotherelectrochemicaldevices[J].ChemistryofMaterials,2013,26(1):361-380.HeG,LiY,LiZ,etal.JournalofPowerSources,2014,248:951-961.ParkCH,LeeSY,HwangDS,etal.Nanocrack-regulatedself-humidifyingmembranes[J].Nature,2016,532(7600):480-483.C表面機理優(yōu)化膜內水環(huán)境水是質子傳遞的載體，同時參與跳躍機理和運載機理水環(huán)境優(yōu)化加入親水填充劑例如：微囊、GO使用磷酸基團等對水依賴性低的基團作為離子交換基團表面保水涂層LiN,LeeSY,LiuYL,etal.Energy&EnvironmentalScience,2012,5(1):5346-5355.LiN,YanT,LiZ,etal.Comb-shapedpolymerstoenhancehydroxidetransportinanionexchangemembranes[J].Energy&EnvironmentalScience,2012,5(7):7888-7892.促進微相分離構建高效的微相分離結構嵌段共聚物梳型共聚物微相分離形成的膠束狀通道Hasani-SadrabadiMM,DashtimoghadamE,MajediFS,etal.Nanoscale,2013,5(23):11710-11717.ZarrinH,HigginsD,JunY,etal.TheJournalofPhysicalChemistryC,2011,115(42):20774-20781.LiZ,HeG,ZhaoY,etal.J