前沿成果｜“双突破”共筑绿氢未来：天津大学团队刷新阴离子膜高电导率并提出设计新范式

（通讯员：张俊峰）随着全球对清洁能源和碳中和目标的日益重视，绿氢作为零碳排放的能源载体，正成为实现可持续能源转型的重要方向。其中，阴离子交换膜水电解技术（AEMWE），因其可在低腐蚀性的碱性环境中运行、使用非贵金属催化剂、并能与风电、光伏等可再生能源高效耦合，被认为是极具潜力的下一代绿氢制备技术。然而，阴离子膜长期以来面临两大技术瓶颈：一是高离子电导率与高机械强度难以兼得，二是膜与电极之间界面结合弱，导致器件性能快速衰减。这些问题严重制约了AEMWE技术的商业化进程。尹燕、张俊锋与Guiver团队的研究成果，不仅从材料本征性能上实现突破，更在结构设计与制造工艺方面提出了系统性解决方案，为绿氢技术的产业化发展提供了重要支撑。

团队在绿氢制备的核心材料——阴离子交换膜（AEM）研发方面取得了重大突破。通过分子级结构设计，构建了以C-F聚合物主链和柔性阳离子侧链为基础的新型材料体系，实现了氢氧根离子电导率高达338.2 mS cm⁻¹的新纪录，同时保持了162.0%的优异拉伸率，显著提升了材料的导电性与机械性能。此外，团队借鉴水生植物的表面结构，开发出仿生微纳压印工艺，有效增强了膜与催化剂层之间的机械锁合力，改善了气体释放效率，从而大幅提高了电解池的运行稳定性。这一成果采用压辊工艺实现宏量制备，工艺简单、可工业化，为未来高性能膜材料的大规模应用奠定了基础。

在同期发表的综述中，团队系统梳理了定向膜电极结构设计在离子交换膜燃料电池与水电解器中的关键作用。文章提出，从传统无序结构向有序传输通道的转变，是提升能量转换效率和器件稳定性的核心策略。通过构建三维定向的离子通道和催化剂层，不仅能够优化离子、水和气体的传输路径，还能有效抑制膜的降解和催化剂腐蚀，延长器件寿命。综述还总结了多种先进制造技术，包括外场诱导、模板法、静电纺丝等，为未来高性能、低成本、长寿命的绿氢制备器件提供了系统的设计理论与技术路线。

论文信息：

1.Lianqin Wang, Jun Wang, Shan Guan, Ziming Wang, Runfei Yue, Huiyu Qiu, Xinyi Cao, Tao Liu, Yingjie Feng, Zhizhao Che, Fuqiang Bai, Junfeng Zhang, Yan Yin, Michael D. Guiver. Dual-Scale-Patterned Anion Exchange Membrane With Coupled Interface for Durable Water Electrolysis[J]. Advanced Materials, 2026, e21844.

DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202521844

2.Lianqin Wang, Yang Xiao, Shan Guan, Xinyi Cao, Junfeng Zhang, Yan Yin, Tianyou Wang, Michael D. Guiver. From Membranes to Electrodes: Aligned Membrane Electrode Assemblies for Ion-Exchange Membrane Fuel Cells and Water Electrolyzers[J]. Electrochemical Energy Reviews, 2026, 9(1): 1-46.

课题组介绍：

氢电转换能源材料研究室依托于天津大学先进内燃动力全国重点实验室和天津大学-国家储能技术产教融合创新平台，以新型、清洁和高效的新能源转化技术为主攻方向，主要开展聚合物电解质燃料电池和电解水技术的研究，涉及聚合物电解质膜的合成、电化学催化剂的制备、膜和催化剂材料研究、膜电极技术以及燃料电池的水热管理等，是一个化学、化工、材料和机械等多学科交叉的科研平台。

课题组欢迎对燃料电池、电解水的关键材料（膜、催化剂）、膜电极感兴趣的研究生、博士后加入，专业面向材料、化学、电化学、工程热物理等方向，有意者请联系：geosign@tju.edu.cn（张老师）。