研究表明多阳离子的引入有助于提高阴离子交换膜的性能

阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)在燃料电池发展过程中受到关注，因为其在碱性环境下工作，电极处的氧化还原反应速率较快，并且可以使用Ni、Co、Ag等非贵金属催化剂。的使用，从而降低了燃料电池的成本。

但同等条件下OH-的迁移率仅为H+的56.97%，且稳定性较差，因此提高阴离子交换膜(AEM)的离子电导率和力学性能是AEMFC商业化的关键。

最近，一个科学家团队构建了一种具有季铵和哌啶阳离子协同功能化的聚对三联苯靛红阴离子交换膜，可为碱性阴离子膜燃料电池提供优异的机械性能和OH离子电导率。他们的工作发表在《工业化学与材料》杂志上。

AEM可以作用于碱性燃料电池并以OH-的形式输送，大大降低了生产成本。这对清洁能源的普遍应用是一个助推，但最大的挑战是阴离子交换膜的离子电导率和稳定性之间的“权衡”。

“阴离子交换膜是燃料电池的重要组成部分，膜的性能深刻影响着燃料电池的性能和发展。如何在阴离子交换膜的性能上取得突破，如何实现高功率密度是需要解决的问题我们的研究团队一直在探索这一点，”长春工业大学教授王哲解释道。

传统的阴离子交换膜聚合物主链大多含有醚键，其后续反应不仅有毒有害，而且在OH-传输过程中极易受到攻击和降解。不仅如此，含有醚键结构的聚合物中亲水基团的存在可能会导致AEM溶解过多，导致其稳定性急剧下降。

研究人员使用不含醚键的聚合物主链从根本上解决了与传统主链相关的问题。阴离子交换膜中的季铵阳离子和哌啶阳离子协同作用，构建了更紧密的离子传输通道，降低了传输OH-所需的活化能，有利于OH-在膜内的流动。

哌啶鎓阳离子由于其环状构象也具有优异的碱稳定性，而本文中一系列阴离子交换膜在无醚键骨架的基础上碱稳定性达到了800h。

除了这些方面之外，研究人员还证实，聚对三联苯靛红系列膜的机械性能处于优异的状态。纯膜的拉伸强度达到60MPa以上，为后续阴离子交换膜的进一步功能化提供了稳定的基础。

展望未来，团队希望他们的工作能为阴离子交换膜的进一步发展提供新思路。“我们下一步的重点是提高电池功率密度，以实现阴离子交换膜产业化应用的最终目标。”王说。

研究团队包括来自长春工业大学的顾一曼、张彦超、王哲、刘迪、王岩、董天明、王松、李占宇、吴静一和雷一佳。