电池的技术突破与膜之间的关系

AEM发展中存在的问题

AEM在发展过程中存在以下几类问题：

机械性能与电化学性能的矛盾。由于OH-离子的质量是H+离子的17倍，因此理论上同样离子交换容量的AEM与PEM相比，其离子传导率仅为质子传导速率的1/4。为解决这一问题，目前的主要研究思路尚集中在提高离子交换容量提升离子传导率。但无限制的提高离子交换容量会造成膜吸水、溶涨率显著提升，膜机械性能下降。尤其在燃料电池具体使用中会不断重复吸水—脱水这一过程，造成膜迅速破裂;

膜耐碱性问题。与Nafion为主的PEM不同，AEM骨架多采用芳香环构筑，当连接具有强正电荷的季铵离子作为离子交换基团时，会产生许多易被氢氧根例子进攻的位点，造成膜发生化学降解;

与催化剂配合问题。除了作为离子传导介质之外，在膜电极中也需要离子导电聚合物传递反应产生的OH-至离子交换膜。这一过程中设计电子、离子、气体与固体的多个界面问题，针对AEM这一复杂界面的研究尚属空白。

结论与展望

作为可再生材料出现的离子交换膜(IEM)在促进传统工业和创新能源技术的发展方面发挥突出的作用。除了材料的固有特性之外，选择适当的制备方法对于实现所需的膜性能也是至关重要的。

目前，一系列技术如聚合物共混，孔隙填充，原位聚合和电纺丝也有希望保持和改善原始聚合物的优良性质。但由于制备方法不够系统化，进一步探索和优化操作条件对于精确控制改进IEM的结构和组成是有必要的。

随着离子交换膜的材料和制备方法的进步，相应的应用也取得了快速的进展，燃料电池、扩散透析、电渗析、双极膜电透析、能源转换和生产等领域都需要使用IEM。

IEM作为PEMFC和APEFC的核心部件，这不仅要求IEM具有良好的电化学性能，即较高的离子传导率;还需要优异的机械性能和热稳定性;而且由于膜材料的工作体系为强酸性或者强碱性，这还要求材料的耐酸碱能力强，因此IEM仍面临着未知的挑战。

最后，应该说明的是材料、制备方法和在离子交换膜领域的潜在应用需要协同研究和推进。未来的离子交换膜研究，将逐渐改变现有的单一问题分析方法，即不再局限于离子传导率的提升、膜机械性能的提升等分散问题，而会结合具体的电堆需求，进行膜材料的结构设计与定制合成。

在这一基础上，通过计算化学手段与实验相结合的方法，改变当前材料研究的盲目性，形成一套面向需VC从求和燃料电池电堆实际应用背景的系统研究方案。