近日，湖南大學何清教授和彭桑珊副教授團隊在 期刊上發表了題為“Overcoming the Conductivity-Selectivity Trade-off in Flow Battery Membranes via Weak Supramolecular Interaction Mediated Pseudo-Nanophase Separation”的研究性論文。該文章設計了一種新的偽奈米相分離結構，有效地解決了離子傳導膜在選擇性與電導率之間普遍存在且具有挑戰性的權衡問題。在釩RFBs的應用中，其獲得了優異的效率，創造了近幾年來迴圈穩定性的最優記錄。
近年來，對於氧化還原液流電池（RFBs）和電解水等能源系統的需求不斷增長，這推動了對高效且經濟的離子傳導膜的深入研究。然而，在離子傳導膜的研發中，電導率與選擇性之間的權衡一直是一個難以克服的挑戰。例如，具備商業應用前景的非氟芳香族離子傳導膜為了提高電導率，通常需要增加離子交換容量，但這卻往往導致膜的過度膨脹和降低的離子選擇性。此外，這類膜在共價修飾方面也面臨穩定性問題。為解決這一問題，湖南大學何清/彭桑珊團隊在去年提出了一種創新概念——“偽奈米相分離”（Chem,2023, 9, 592-606.），該方法透過超分子相互作用替代傳統的共價鍵在聚合物主鏈上接枝親水側鏈，形成了具有高速離子傳輸通道的偽奈米相分離結構，有效克服了共價修飾導致的化學穩定性問題。此後，該團隊進一步透過設計超分子側鏈的拓撲結構，實現了對偽奈米相分離結構的精細調控（Adv. Energy Mater.,2024, 14, 2302809）。然而，這一新體系也面臨著電導率與選擇性權衡的挑戰。針對這一問題，我們報告了一種新型偽奈米相分離結構的設計方案，透過減弱聚合物主鏈與超分子側鏈之間的非共價鍵相互作用，促進側鏈的自聚集。這樣在疏水的聚苯並咪唑（PBI）相中形成了大尺寸且離散的親水域，成功克服了電導率與選擇性之間的權衡，為釩RFBs帶來了卓越的效率和高穩定的迴圈效能。
圖1. PBI-E2膜選擇性傳遞質子並阻隔釩離子的原理圖。
Overcoming the Conductivity-Selectivity Trade-off in Flow Battery Membranes via Weak Supramolecular Interaction Mediated Pseudo-Nanophase Separation
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103226
（來源：湖南大學 版權屬原作者 謹致謝意）
