氢具有高能量密度和零碳排放的优势，被视为向碳中和转变的关键能源。传统制氢方法（如蒸汽甲烷重整）会释放二氧化碳，从而影响环境。作为更清洁的替代方法，电化学水分解法只产生氢和氧，但这种方法存在成本和效率问题，比如质子交换膜（PEM）电解器使用昂贵的铂族金属催化剂，而碱性水电解器（AWE）通常在较低的电流密度和效率下运行。
（图片来源：onlinelibrary.wiley.com）
阴离子交换膜水电解器（AEMWE）结合PEM和AWE的优点，使用低成本、非PGM催化剂，同时支持更高的电流密度和能量转换效率。然而，这种方法也面临技术挑战，尤其是在碱性条件下降解，影响其长期稳定性。AEM材料领域的进展，特别是那些具有增强型化学耐久性、导电性和机械强度的材料，对于克服这些挑战十分重要。
据外媒报道，为了解决这些问题，日本早稻田大学（Waseda University）和山梨大学（University of Yamanashi）的研究团队开发出具有耐用疏水成分的新型阴离子交换膜（AEM）。该膜可承受极端碱性条件，其中高氢氧离子（OH -）电导率是AEM水电解器（AEMWE）实现出色性能的必要条件。
早稻田大学教授Kenji Miyatake表示：“绿色水电解制氢需要坚固且有效的材料，这项研究中使用的聚合物基薄膜可以满足这一基本需求。”
将3,3''-二氯-2',5'-双（三氟甲基）-1,1':4',1''-三联苯（TFP）单体掺入到膜的聚亚苯基骨架中是实现这一突破的关键方面。由于可以增强稳定性的成分，该材料能够承受在80°C下暴露于高浓度氢氧化钾超过810小时，从而表明其在工业应用中的耐久性。
在水电解器测试过程中，该膜表现出稳定的性能，可在1000多小时内维持1.0 A·cm-2的恒定电流密度，且电压变化极小。Miyatake表示：“此次的耐用性展示令人鼓舞，这表明该膜有助于降低制氢成本。”
此外，该膜在80℃时的OH-电导率达到168.7 mS·cm-1（超过前期研究值）。对于实现高效制氢所需的高电流密度，这种高导电性十分重要。该团队认为，这种材料设计结合耐用性与高导电性，标志着向可扩展和负担得起的氢气生产迈出了重要一步。
该膜的抗张强度为27.4 MPa，延伸率为125.6%，具有很强的弹性，有利于长期保持稳定性能。这些AEM具有耐用性和效率，由此成为可持续制氢过程中的重要组成部分。这些结果为涉及绿色氢的应用带来了希望。
该研究成功证明，具有疏水组分的联苯基AEM可以明显提高稳定性，并表现出高氢氧离子导电性和优异的碱性稳定性，即使在具有挑战性的环境中也能充分减少降解。该膜在高电流密度下长期运行时性能稳定，由此成为AEM水电解槽中经济高效的绿色制氢选项。
