图1  原位聚合4μm UHMWPE支撑复合阴离子交换膜

  近期，重庆大学化学化工学院魏子栋教授团队基于超高分子量聚乙烯（UHMWPE）多孔薄膜，采用真空辅助原位本体聚合，制备了一种超薄（低至4 μm）、超强（>150 MPa）的复合阴离子交换膜（图1）。该工作是团队针对燃料电池高性能阴离子交换膜的最新进展之一。对于燃料电池，离子交换膜应尽可能薄，以降低欧姆内阻。但随着膜厚度降低，其机械性能往往无法得到保证，并且存在气体（H₂和O₂）渗透的巨大风险。而复合膜是应对以上挑战的一种有效策略。该工作采用真空辅助原位本体聚合方法，将聚电解质致密地填充UHMWPE多孔薄膜孔道，保证了足够低的氢气渗透率（图2a），避免在燃料电池工作中出现燃料交叉的风险。同时，制备的复合阴离子交换膜继承了UHMWPE膜的超高机械强度，实现了阴离子交换膜（湿膜）在4μm超薄厚度下，仍具有超过150 MPa机械强度的突破。此外，该超薄复合阴离子交换膜具有极低的吸水溶胀、高电导率和良好的化学稳定性，将其应用于H₂-O₂和H₂-Air (CO₂-free)碱性燃料电池中，分别展现出1014 mW cm^-2 and 534 mW cm^-2的峰值功率密度以及较好的燃料电池工况稳定性（图3）。

图2 复合膜的氢气渗透率和机械性能

图3 燃料电池性能

  该工作以“Ultrathin and Super Strong UHMWPE Supported Composite Anion Exchange Membranes with Outstanding Fuel Cells Performance”为题发表在《Small》上（Small 2022, 2105499）。文章第一作者是重庆大学化学化工学院博士生袁伟，通讯作者为重庆大学化学化工学院王建川副教授和魏子栋教授。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金委的支持。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202105499