October 18, 2026

第一作者：张琪 通讯作者：王刚&王瑞林 通讯单位：四川大学材料科学与工程学院 工作简介 为解决磺化聚酰亚胺膜中质子电导率与钒离子渗透性之间的权衡问题，四川大学王刚&王瑞林团队通过引入含磺酸基的交联结构，制备了一种具有丰富磺酸基和功能化交联网络的新型交联磺化聚酰亚胺膜（CSPI-DH）。苯胺联苯二磺酸交联结构的引入增加了额外的磺酸基，并构建了更多的质子传输通道，从而提高了膜的质子电导率。同时，交联骨架有效抑制了钒离子的渗透，显著提高了离子选择性。此外，交联作用使聚合物链之间形成紧密连接，从而显著增强了膜的稳定性。CSPI-DH-5的质子电导率达到 0.110 S·cm-1，与 Nafion 212（0.112 S·cm-1）相当。其离子选择性高达1.57 × 105S·min·cm-3，是 Nafion 212（4.26 × 104 S·min·cm-3）的3.7倍。在 200 mA·cm-2的高电流密度下，采用 CSPI-DH-5膜组装的单电池能量效率达到 80.91%。在 200 mA·cm-2下经过100次充放电循环后，CSPI-DH-5膜仍保留了初始放电容量的62.49 %。此外，在 500次充放电循环过程中，库仑效率和能量效率均保持相对稳定。上述结果表明，CSPI-DH-5膜在质子传输、钒离子阻隔和电化学性能之间实现了较为理想的平衡，但若要满足全钒氧化还原液流电池（VRFB）的实际应用需求，其长期耐久性仍有待进一步优化。 图1 CDI/BDSA后交联磺化聚酰亚胺膜在全钒液流电池中的质子传输与钒离子阻隔机理示意图 相关研究成果以“A novel sulfonated polyimide membranes inserting flexible decane chain and rigid triptycene-based crosslinked network for vanadium redox flow batteries”为题发表在Polymer上。 感谢四川大学王瑞林团队王刚老师供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1/LSB-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》 【论文奖励】2026年8月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年7月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年5~6月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年4月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年3月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年2月液流电池论文奖励清单！ 研究背景 全钒氧化还原液流电池（VRFBs）被认为是适用于大规模、长时储能的重要技术之一，具有安全性高、循环寿命长、电解液可循环利用等优势。然而，质子交换膜作为VRFB的核心功能材料，需要同时满足较高的质子电导率和较低的钒离子渗透率，以降低正负极电解液交叉污染和电池自放电。传统Nafion膜虽然具有较高的质子电导率和良好的化学稳定性，但存在钒离子渗透较为严重、材料成本较高等问题。相比之下，磺化聚酰亚胺（SPI）膜具有分子结构可调、磺酸基含量易于调控等优点，是具有应用潜力的非氟质子交换膜材料。然而，提高磺化程度虽然能够增加质子传导位点、促进质子迁移，却可能导致膜吸水率和溶胀率升高，进而加剧钒离子渗透；同时，聚酰亚胺结构还面临一定的水解稳定性挑战。因此，如何通过合理的分子结构设计与交联改性，在提高质子传导能力的同时有效抑制钒离子渗透，并兼顾膜的尺寸稳定性和化学稳定性，是VRFB膜材料研究亟待解决的关键问题。 针对上述问题，研究人员通过引入柔性脂肪链和刚性三蝶烯结构，调控磺化聚酰亚胺的链间距、亲疏水相分离及质子传输通道，为改善膜的综合性能提供了新的思路。在此基础上，本研究采用 1,1′–羰基二咪唑（CDI）介导的后交联策略，引入具有磺酸基的联苯二磺酸（BDSA）连接结构，制备了具有磺酸基功能化交联结构的磺化聚酰亚胺膜（CSPI-DH）。BDSA的引入有助于增加质子传输位点，而交联结构能够限制聚合物链的过度运动与膜溶胀，从而改善质子传输和钒离子阻隔之间的平衡。其中，CSPI-DH-5 膜的质子电导率达到 0.110 S·cm-1，与Nafion 212相当；离子选择性达到1.57 × 105 S·min·cm-3，约为Nafion […]