一、AEM技术：绿氢制备的“第三条路线”
阴离子交换膜（AEM）电解水制氢技术因其兼具碱性电解水（ALK）的低成本催化剂优势与质子交换膜（PEM）电解水的高电流密度、快速动态响应优势，被视为绿氢规模化制备的重要技术路径之一。然而，AEM技术长期受限于阴离子交换膜在高温、高碱环境下的OH⁻传导率不足与化学稳定性差两大瓶颈，严重制约其商业化进程。
近期，中国科学技术大学徐铜文教授、杨正金教授团队在Angewandte Chemie International Edition发表研究成果，通过奎宁环鎓基微孔阴离子交换膜的分子结构设计，显著提升了膜的碱稳定性与离子传导性能，为AEM电解水制氢技术的工程化应用提供了关键材料支撑。
二、分子设计：刚性微孔结构促进离子传输
研究团队采用超强酸催化缩聚法，合成出三种不同刚性分支单元的奎宁环鎓基AEMs，分别命名为PTPQ-TPM、PTPQ-TPB和PTPQ-Trip。通过引入三蝶烯（Trip）等高度刚性结构单元，膜内形成了形状持久且稳定的OH⁻传输通道，有效抑制了聚合物链段的紧密堆积。
脉冲场梯度核磁共振（PFG-NMR）测试表明，PTPQ-Trip的OH⁻/H₂O扩散系数达到1.25 × 10⁻⁶ cm² s⁻¹，较柔性结构PTPQ-TPM提升1.6倍。其OH⁻电导率在80°C时达到168.8 mS cm⁻¹，同时表现出极低的吸水率、溶胀率和水合数，具备优异的尺寸稳定性。
三、性能数据对比
为直观展示新型微孔AEM的优势，下表对比了三种膜材料的关键性能指标：
| 性能指标 | PTPQ-TPM | PTPQ-TPB | PTPQ-Trip |
|---|---|---|---|
| OH⁻/H₂O扩散系数 | 0.78 × 10⁻⁶ cm² s⁻¹ | 1.05 × 10⁻⁶ cm² s⁻¹ | 1.25 × 10⁻⁶ cm² s⁻¹ |
| 80°C OH⁻电导率 | 较低 | 中等 | 168.8 mS cm⁻¹ |
| 10 M NaOH、80°C稳定性 | 一般 | 良好 | 3100小时，99.95%保持率 |
| 微孔体积 | 低 | 中 | 最高 |
| 尺寸稳定性 | 一般 | 良好 | 优异 |
四、AEM电解槽实际运行表现
研究团队将PTPQ-Trip膜组装成AEM电解槽，采用非贵金属催化剂（Ni-Mo阴极、Ni-Fe阳极）进行系统测试。结果显示，该电解槽在5 M KOH、90°C条件下，电流密度达到2.8 A cm⁻²（2.0 V），在30°C、0.5 A cm⁻²下可持续运行1260小时，电压衰减率仅为65 μV h⁻¹。
更为重要的是，该装置在动态电流密度（0.5/1.0 A cm⁻²）和温度（30–80°C）交替变化条件下，稳定运行超过1400小时，展现出极强的可再生能源波动适应性。所产生氢气纯度达99.6%，氧气纯度为99.8%，表明膜具有优异的气体阻隔性能。
五、产业启示：测试设备与MEA制备迎来新需求
随着AEM膜稳定性与电解槽寿命的大幅提升，科研与产业端对配套测试和制备装备的要求也随之升级。具体体现在以下几个方面：
- 🔬 超长耐久测试：AEM电解水测试台需支持2000小时以上的连续运行，精准记录电压衰减与性能曲线；
- 🧪 膜电极验证：需配套膜电极测试夹具，评估不同AEM膜与催化剂涂层的界面性能；
- ⚙️ 制备工艺升级：MEA膜电极制备产线中催化剂浆料制备、超声分散、超声喷涂与平板热压等工序需进一步提升一致性；
- 📊 数据溯源：高精度氢能测试设备需实现产氢量、纯度、阻抗等关键参数的实时监测与记录。
六、结语
中国科大团队的这项研究通过分子结构设计与微孔工程，成功制备出兼具高导电性、优异碱稳定性和机械强度的奎宁环鎓基AEM，为AEM电解水制氢技术的商业化应用奠定了关键材料基础。未来，随着此类高性能膜的产业化推进，合肥博格达氢能将持续优化AEM电解水测试台、膜电极测试夹具及MEA膜电极制备产线，为科研和产业客户提供更可靠的测试与制备解决方案。
（本文基于公开科研进展整理。如需了解AEM电解水测试台、膜电极测试夹具等设备的详细参数，欢迎联系咨询。）
