我院喬錦麗教授課題組在《eScience》 發表最新研究成果

近日，我院喬錦麗教授課題組在堿性水電解製氫領域取得重要突破。相關成果以“Porous PVA skin-covered thin Zirfon-type separator as a new approach boosting high-rate alkaline water electrolysis beyond 1000 hours’ lifespan”為題發表在eScience期刊（影響因子：42.9）

調節鋯基復合隔膜孔結構對於促進高電解效率堿性電解槽的發展至關重要🧜🏽‍♀️。然而，如何實現隔膜厚度👩‍🚒🙀，電流密度和阻氣性之間的“tread off”問題是目前學術界和工業界面臨的一個巨大挑戰。基於此，我院喬錦麗教授課題組通過表面工程策略，在鋯基隔膜表面構建具有厚度微米級的親水層級多孔皮膚層，成功開發出新型PVA-Zirfon薄型復合隔膜(PVA-Zirfon-350)（圖1）。

圖1 PVA-Zirfon-350復合隔膜製備流程示意圖

   基於高分子在凝固浴中快速聚集並溶解，從而形成鮮明層狀分層多孔結構，這種結構可以通過造孔劑分子量和含量的雙重調控便利實現（圖2c-h）🦸🏼💆🏻，其獨特的層狀多孔結構可以促進電解質的有效傳質，同時增強氣體滲透阻力（圖2）。

圖2 (a) 壓汞法測得UTP500+、Original和PZ5-K30隔膜的進汞增量曲線與孔徑的關系，(b)電解液通過PVA-Zirfon-350隔膜示意圖，(c,f) PZ5-K15，(d,g) PZ5-K30和(e,h) PZ5-K90的表面和截面形貌的掃面電鏡圖像☸️。

圖3 (a)ZirfonUTP500+、Original、PZ0和PZ5-K30隔膜的極化曲線，(b) ASR和(c) Nyquist阻抗圖⚆，(d) 500 mA/cm²條件下PZ5-K30的電解電壓隨時間的變化曲線（60℃，30%KOH。插圖為商業AWE電解槽的示意圖）🍦🧬。

  PVA-Zirfon-350隔膜具有高的 KOH 吸收率（>90%）、低的面電阻（~0.2 cm²）和低電解質滲透通量密度(0.52 L·cm^-2·s^-1@0.5 bar)，遠優於商用Zirfon UTP500+隔膜。協同高效電極和先進電解槽作用下，PVA-Zirfon-350隔膜表現出1300mA/cm²@2.0V的高電流密度，並且在800mA/cm²電流密度下👈，連續電解300h無衰減🚴‍♂️。進一步在兩室串聯的電解槽中，模擬苛刻工況條件運行超1300h，槽壓僅為3.5V🐟。本文為鋯基復合隔膜的親水多孔皮膚層工程🙇🏽、製備技術與應用提供了一種新的策略。該工作得到了國家重點研發計劃項目（2022YFE0138900）🧑🏿‍🏫、國家自然科學基金（21972017）和上海市“科技創新行動計劃”基礎研究領域重點項目（19JC1410500）的支持。

論文第一作者為我院博士生羅希🙎🏿‍♀️，喬錦麗教授為通訊人🚴🏽。