高端膜科学与技术论坛系列专题讲座--电化学储能与氢能膜技术

发展大规模电化学储能和氢能技术，调整电力能源的产生、输送与消纳的全过程，对于清洁能源可持续发展，促进我国达成“碳达峰”与“碳中和”战略目标，具有重要现实价值与长远意义。随着风能、太阳能等可再生能源发电装机快速增长，可再生能源正在成为电力能源的重要组成部分，有力促进我国能源结构调整。本报告从电化学能源转化与储能角度出发，讨论原有的电力驱动的膜分离过程，如何演变为发电与储能技术，以及在电解水制氢技术中的应用。围绕“关键材料——核心装置——能源系统”的研究开发与产业链建设状况，阐述新型离子膜在液流电池与电解水制氢中的应用，展望未来重要的发展机会与挑战。

氢能以其来源丰富、能量密度高、清洁无碳、可持续等优点，被视为最具潜力的二次能源。发展氢能对我国构建现代能源体系、实现低碳化转型、提升在世界能源舞台上的竞争力有着重大而深远的影响。燃料电池是氢能高效利用的重要途径。膜电极是燃料电池的核心部件，而离子传导膜的性能直接决定着电池的能量转化效率。以开发高效、稳定的离子传导膜为目标，从膜结构设计、构建与优化出发，本报告将简要介绍近期基于二维材料和有机框架材料制备离子传导膜的进展，讨论如何通过提高通道的传导基团密度、规整性和连续性，促进离子在一维、二维和三维通道内的高效传递，为高性能电池隔膜制备提供基础和思路。

锂基二次电池因具有循环寿命长、能量效率高、无记忆效应等优势，在各类电子设备和新能源汽车市场中有广阔的应用前景。隔膜作为锂基二次电池的核心组件之一，其性能直接决定着电池的安全和电化学性能。而当前商业化的聚烯烃隔膜存在着亲液性差、耐热性低且不能有效抑制锂枝晶生长和多硫化物穿梭等缺点。本报告采用静电纺丝技术，通过结构设计和功能掺杂策略，开发氟掺杂芳纶纳米纤维凝胶隔膜，讨论芳纶凝胶隔膜对锂离子传输、锂枝晶生长和多硫化物穿梭的作用机制，为新型高性能锂基电池隔膜材料的发展提供一种新思路，同时为开发耐高温凝胶聚合物电解质奠定一定的理论和实验基础。