September 5, 2026

第一作者：史博冉 通讯作者：王超 通讯单位：中北大学 工作简介 中北大学王超团队针对钒液流电池（VRFB）用离子交换膜长期存在的质子传导率与钒离子阻隔性难以兼顾的瓶颈问题，提出了一种基于咪唑鎓共价交联构筑受限氢键网络的创新策略。该工作通过在含溴与含氮活性位点的聚合物骨架上依次接枝磺酸侧链并进行双咪唑交联反应，构建了刚性共价交联骨架，成功将亲水通道限域在纳米尺度（平均孔径5.52 Å），并诱导酸性条件下咪唑吡咯氮质子化，在受限亲水通道内形成致密、连续的动态氢键网络。所得C4PTPTF-Im-PS膜实现了质子传导率>100 mS cm⁻¹、钒离子渗透率低至1.1×10⁻⁸ cm² min⁻¹的优异综合性能，离子选择性较非交联膜提升近一个数量级。VRFB单电池在80 mA cm⁻²下库仑效率达99.2%、能量效率达89.3%，并在120 mA cm⁻²下稳定运行超800小时。该研究从物理机制层面揭示了受限氢键网络在质子选择性传输中的主导作用，为高性能离子交换膜的分子设计提供了新思路。 相关成果以:Constructing proton highways in confined hydrogen-bond network of imidazolium-crosslinked amphoteric ion exchange membranes for vanadium redox flow batteries为题发表在Chemical Engineering Journal期刊上。 感谢中北大学王超团队（第一作者：史博冉）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 研究背景 钒液流电池（VRFB）凭借本征安全、长循环寿命和设计灵活等优势，在大规模储能领域备受关注。离子交换膜作为VRFB的核心部件，承担着隔离正负极电解液防止短路、同时导通质子完成电化学回路的关键功能。长期以来，以Nafion为代表的质子交换膜因优异的质子传导率和化学稳定性被广泛研究。然而，无论全氟磺酸膜还是非氟磺化聚合物膜，其质子传导依赖于磺酸基团形成的连续亲水网络——这种宽孔径分布的亲水通道在促进质子快速传输的同时，也为水合钒离子（VO²⁺、V³⁺）提供了畅通的渗透路径，导致严重的电解液交叉污染和电池容量衰减。降低离子交换容量或制备复合膜虽可在一定程度上缓解钒渗透，却不可避免牺牲质子传导率，形成传统膜材料中高传导与高选择难以兼得的固有矛盾。 两性离子交换膜（AIEM）因同时引入阳离子和阴离子基团而受到关注。理论上，带正电荷的季铵基团可静电排斥同价态钒离子，带负电荷的磺酸基团则保障质子传导，有望突破传统单电荷膜的“传导–选择”权衡极限。然而，目前AIEM主要采用侧链接枝或酸碱共混策略引入双离子基团，亲水相在吸水后溶胀失控，导致尺寸稳定性差、离子通道无序扩张，反而加剧钒离子渗透。其根本原因在于缺乏对亲水传输通道纳米结构的精准调控。 针对上述难题，本研究提出一种刚性骨架引导的受限氢键网络设计策略，通过咪唑鎓共价交联在分子尺度上构建尺寸可控、结构有序的亲水纳米通道，实现质子高效传输与钒离子有效阻隔的协同。 摘要图：咪唑鎓共价交联构筑受限氢键网络示意图 核心内容 通过多维度表征系统验证了受限氢键网络的成功构筑。首先，¹H NMR证实了溴甲基位点与双咪唑交联剂经Menshutkin反应生成咪唑鎓阳离子，FTIR和XPS进一步确认交联反应仅发生在C-Br位点而不影响哌啶氮的化学状态。DSC分析显示，C4PTPTF-Im-PS的玻璃化转变温度（Tg）提升至~192 °C，较非交联膜（~182 °C）提高约10 °C；尤为重要的是，在~198 °C处出现一个仅交联膜独有的吸热峰，归属于受限两性离子通道内静电相互作用与氢键的热激活解离，其焓变值直接反映了破坏动态交联所需能量，为受限氢键网络的存在提供了直接热力学证据。此外，TGA、XRD和凝胶分数测试（77%）从热稳定性、链堆积密度和网络完整性角度进一步佐证了刚性共价骨架的构筑。 图1. 膜结构表征：(a) 交联/非交联体系中氢键网络传输示意图；(b) PTP-PS 、 PTPTF-Br-PS、 PTPTF-Im-PS、C4PTPTF-Im-PS 与 C6PTPTF-Im-PS 的 FT-IR 光谱；(c) PTPTF-Br-PS、 PTPTF-Im-PS 与 C4PTPTF-Im-PS的高分辨率 N 1s […]

2026年8月，武汉之升新能源有限公司凭借500+单电池测试系统客户案例、专业的技术支持和售后能力，成功中标央企研究院一批一体化液流单电池测试系统（YTH-1）2026升级款！ 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》   （1）一体化液流电池单电池测试系统（YTH-1）2026升级款（点击图片查看产品详细信息） 提供一体化的整套液流单电池测试系统，开展各种液流电池核心材料（电解液、隔膜、电极、双极板等）及流场结构的性能测试研究，为科研用户提供完整实验数据（如能量效率EE、库伦效率CE、电压效率VE、循环性能、极化曲线、功率密度曲线、充放电容量、充放电能量、充放电曲线、自放电性能等）。   【关于武汉之升新能源有限公司】   武汉之升新能源有限公司是国内唯一专注液流电池测试解决方案提供商，面向从事液流电池研发生产的国内外高校、研究所及企业，定制化提供：液流电池核心材料、夹具及单电池测试系统、定制电堆及电堆测试系统、液流反应器、相关配件等产品。 公司技术团队由长期从事液流电池产业的技术专家组成，核心人员从业经验丰富，拥有十年以上液流电池行业经验，先后主持和参与多项国家及省部级重大液流电池项目，技术团队具备液流电池测试整体解决方案提供能力，充分满足各种类型液流电池的差异化定制需求。 公司液流电池测试装备产品累计客户突破600余家，产品销量突破800余套，支撑客户发表论文300余篇，远销10余个国家，国内市场份额超90%。