基于环保型非氟化膜的氯碱可逆电池性能研究及其在可再生能源存储中的应用

为解决可再生能源存储中质子交换膜(PEM)的环保性和性能问题，研究人员开发了基于聚乙烯醇(PVA)/壳聚糖(Cs)交联的非氟化膜，并集成到3D打印的可逆氯碱电池中。研究表明，提高Cs浓度可降低电解模式能耗(法拉第效率>95%)，同时提升H2 /Cl2 燃料电池功率密度(达1.8 mW/cm2 )，性能媲美商用Nafion 117膜。该技术为绿色氢能存储和CO2 固定提供了创新解决方案。

随着欧盟《绿色新政》推动可再生能源发展，间歇性能源存储成为关键挑战。传统氟化膜(如Nafion)虽性能优异，但存在环境污染风险。西班牙卡斯蒂利亚-拉曼恰大学团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，开发了基于PVA/Cs交联的环保膜，用于可逆氯碱电池系统EDEN®。

研究采用3D打印技术构建电池结构，通过正电子湮灭光谱(PALS)分析膜自由体积，并测试了电解制氢(50 mA/cm²
)和H₂
/Cl₂
燃料电池(0.5V)双模式性能。

【膜结构特性】
PALS显示Cs浓度增加使自由体积扩大(0.025→0.04 nm³
)，玻璃化温度降低，促进质子传导。20 wt% Cs膜水吸收达126%，显著高于Nafion 117(30%)。

【电化学性能】
电解模式下，20 wt% Cs膜能耗最低，法拉第效率95%；燃料电池模式下功率密度达1.89 mW/cm²
，与Nafion相当。阻抗谱显示其电荷转移电阻(4.5-6.5Ω)低于Nafion(12.3-12.7Ω)。

【环境应用】
阴极室pH达10-11，生成的NaOH可固定CO₂
形成HCO₃
^-
，系统兼具碳捕获功能。

该研究首次证实非氟化PVA/Cs膜在可逆氯碱系统中的双重功能，为可再生能源存储提供了环保解决方案。未来需优化Cs含量平衡性能与稳定性，并开展长期耐久性测试。