沈阳化工大学研究生，沈阳化工大学研究生院
钒液流储能电池技术是实现电网削峰填谷、解决可再生能源发电非稳态问题的最具发展前景关键技术之一。钒液流电池采用含钒的水系电解液为电解质，具有本质安全的巨大优点。离子传导膜是钒液流电池的关键材料。现有的进口Nafion膜价格昂贵，而国产膜存在严重膜传导性-膜稳定性平衡问题，难以满足高功率钒液流电池需求。沈阳化工大学化学工程学院张本贵副教授自2013年入校以来，一直致力于高性能离子传导膜方面研究，取得系列进展：
一是研制出含金刚烷结构聚芳醚酮膜材料及其离子交换膜，研究成果揭示了疏水大体积、刚性金刚烷结构对膜溶胀和膜稳定性调控的关键作用，相关工作发表在Journal of Power Sources杂志上（2016, 325: 801-807 (图1); 2018, 399: 18-25; 2020, 477: 229011），得到了同行学者积极引用和评价。
图1.含金刚烷结构双酚单体及含金刚烷结构聚芳醚膜
二是发明了含吡啶侧基双酚单体及膜材料（授权专利ZL2016104007352），研制出含吡啶侧基聚芳醚膜，克服了传统芳基聚合物阴离子交换膜需要氯甲基化-胺化，存在副反应易交联及胺化过程气味大、环保差的难题，在Journal of Power Sources杂志上发表了系列研究论文（2021, 506: 230128; 2022, 526: 231140(图2); 2022, 542: 231809）。
图2. 选择性溶胀诱导的含吡啶侧基单体和金刚烷单体共聚型聚芳醚膜
三是采用选择性溶胀方法对离子交换膜进行选择性溶胀显著提升膜传导性，研究成果揭示了选择性溶胀对膜传导性、膜选择性及膜稳定性调控的关键作用，发现了在膜中引入高效离子传输通道的新方法，相关工作发表在Journal of Membrane Science(2022,642:119985(图3);2022,646:120254)、Journal of Power Sources(2022,548:232095)、Polymers(2022,14:1552)和Resources Chemicals and Materials(2022, 1: 268-274)杂志上。
图3. 具有选择性溶胀诱导离子传输通道的含金刚烷结构聚芳醚膜
四是研制并验证了含蒽酮结构聚芳醚酮膜在钒液流电池中优秀性能（ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, DOI: 10.1021/acsami.2c14107,图4），揭示了大体积、平面结构的蒽酮结构对膜性能调控的关键作用，发现含蒽酮结构聚芳醚酮是一种很有前景的低成本高性能膜材料。
图4.含蒽酮结构聚芳醚酮膜
上述工作得到国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金、辽宁省教育厅基金、精细化工国家重点实验室开放基金和沈阳化工大学重点攻关和服务地方项目的支持。
来源：沈阳化工大学
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