华东理工大学科研团队研发核心膜材料，让电池生产等企业从源头上杜绝氟污染

在新能源储能的关键领域——液流电池中，一种核心膜材料长期被国外高价含氟膜垄断，不仅成本高昂，其生产和使用过程中产生的“永久性”含氟污染物（PFAS）更对环境和健康构成严重威胁。

2019年上映的电影《黑水》中，全氟辛酸（PFOA）污染致癌的真实事件让许多人开始关注氟污染问题。液流电池中广泛使用的全氟磺酸膜（如Nafion膜）正是“永久污染物”的来源之一。

我国离子膜行业长期面临“卡脖子”问题——不仅材料依赖进口，成本高昂，技术也存在高传导性与高选择性难以兼得的瓶颈。

“膜法师”团队在化工学院教授徐至的带领下，致力于解决上述问题。该团队的技术路径是利用分子筛规整的孔道结构进行“物理筛分”，以求解决离子膜高传导性与高选择性难以兼得的固有矛盾。

然而，这项技术要实现真正应用，还面临一系列挑战：分子筛孔径是否适配、传导性能能否保障、膜的机械强度如何维持等，都是未知数。

在徐至教授与庄林洲副教授的指导下，学生团队进行了实验设计、材料制备和性能测试等大量工作。为了寻找材料性能的最优解，团队成员不断查阅文献、设计实验，仅配方调整就进行了500余次，性能测试超过2000次。

在反复的实验中，团队发现成膜过程中溶剂挥发产生的微小剪切力会“拉扯”膜内的分子筛纳米片。

之后，团队通过对温度、风速等参数进行调控，巧妙地利用这种剪切力使分子筛有序排列，如同为质子修建了一条畅通无阻的“高速公路”，极大地缩短了传导路径。

团队正在开展中试实验。图片由华东理工大学提供

第一片直径40毫米的非氟分子筛膜样品成功制备，测试结果显示， 这种新型非氟多孔膜的导电性能是商业Nafion膜的2.7倍，而对活性物质的渗透率降低近一半，并具备出色的稳定性与机械强度，实现了“低成本、高性能、无氟环保”的突破。

而将实验室中的样品放大到工业化生产，是团队面临的又一重大挑战。

徐至教授指出，在实验室的小规模制备中，很多影响因素可以被忽略。

但在工业化的连续生产中，纳米材料在重力作用下容易发生沉降和团聚，导致膜的厚度、孔结构和填料分布不均匀，会严重影响产品性能。

为此，团队成员深入研究了分子筛纳米片在聚合物基膜中的受力情况，开发了“恒风速变温”连续化生产新工艺。

经过5个多月，600余次参数调试，3000余次性能测试，他们终于成功制备出工业规格（650 mm宽幅）的非氟多孔膜，实现了从实验室到生产线的关键跨越。

目前， 非氟多孔膜已在上海电气储能、武汉巨安储能、江苏诚翔新能源等多家企业开展应用测试，在全钒、全铁等液流电池中表现优异，展现出广阔的市场应用前景。

（来源：中国青年报）