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研究者らが持続可能性アプリケーション向けの高性能陰イオン交換膜を開発

さまざまなイオンチャネルの比較と、提案されたらせん分岐膜の設計戦略。クレジット: 自然の持続可能性 （2024年）。 DOI: 10.1038/s41893-024-01364-0 研究チームが、陰イオン交換膜（AEM）の開発で画期的な進歩を遂げました。彼らは、高度に連結されたサブナノメートルの微細孔イオンチャネルを組み込んだ新しいスピロ分岐ポリマー膜を設計し、フロー電池用途で並外れた性能を発揮しました。チームには、Xu Tongwen教授とGe Xiaolin教授が率いる中国科学院（CAS）の中国科学技術大学（USTC）の研究者が参加しました。 この研究は 自然の持続可能性。 AEMは化学分離、CO2 変換、電気化学的アンモニア合成、水素製造のための水電気分解、およびさまざまなエネルギー貯蔵システム。これらのアプリケーションの性能と持続可能性を向上させるには、イオンを効率的かつ確実に伝導する能力が不可欠です。主にミクロ相分離による従来の方法では、イオン伝導性、選択性、および安定性のバランスをとるのが困難でした。これにより、膜の全体的な性能が制限されるトレードオフが発生することがよくあります。 これらの問題を解決するために、研究チームは、全炭素骨格に基づく立体ねじれスピロ骨格とポリ（アリールピペリジニウム）を使用した新しいスピロ分岐ポリマー膜を開発しました。合成プロセスでは、スピロユニットの剛性と分岐鎖の柔軟性を組み合わせたスピロ分岐構造を作成しました。この新しい構成は、効率的なイオン輸送経路を形成するために重要なポリマー内の自由体積を高めることを目的としていました。 さらに、研究者らは、走査型電子顕微鏡（SEM）と透過型電子顕微鏡（TEM）を使用した形態分析や多孔度測定など、包括的な構造特性評価を実施しました。これらの分析により、膜が半柔軟な3Dの緩く詰まったネットワークを形成し、自由体積が大幅に増加し、高度に接続されたサブナノメートルのイオンチャネルが形成されることが明らかになりました。 最後に、性能評価により、スピロ分岐ポリマー膜は、塩化物イオン伝導率が60 mS cmを超える優れた陰イオン伝導性を示したことが示された。-1 30°Cで120 mS cmに達する-1 80°Cで。さらに、フロー電池用途では、これらの膜は優れた電力密度とエネルギー効率を示し、400 mA cmの高電流密度で急速な充放電サイクルを可能にしました。-2また、バナジウムレドックスフロー電池において優れた化学的安定性を示し、エネルギー貯蔵システムにおける長期使用の可能性を示しています。 この画期的な成果は、膜材料設計の新たな戦略を提示し、さまざまなエネルギーおよび環境の課題に対処できる可能性があります。この研究は、ポリマー科学の分野を前進させるだけでなく、より効率的で持続可能なエネルギー貯蔵技術への道を開きます。 詳しくは： Huaqing Zhang 他「持続可能性アプリケーションのための高性能スピロ分岐ポリマー膜」 自然の持続可能性 （2024年）。 DOI: 10.1038/s41893-024-01364-0 中国科学技術大学提供 引用: 研究者らが持続可能性アプリケーション向けの高性能陰イオン交換膜を開発 (2024 年 6…