羟基化勃姆石掺杂聚砜-聚乙烯醇复合隔膜在碱性水电解中的性能优化与应用

本文推荐一种新型碱性水电解（AWE）复合隔膜，通过聚砜（PSU）与聚乙烯醇（PVA）共混提升机械性能，并引入层状勃姆石（γ-AlOOH）优化孔隙结构与亲水性。5%-PVA/PSU-AlOOH隔膜表现出卓越的综合性能：拉伸强度7.8 MPa、泡点压力6.54 bar、接触角41.0°，且在2.0V下实现1.96 A cm-2电流密度，为AWE工业化提供新方案。

　　

Highlight

本研究通过调控聚乙烯醇（PVA）与聚砜（PSU）比例，结合富含羟基的勃姆石（γ-AlOOH），开发出高性能n%-PVA/PSU-AlOOH复合隔膜。其中5%-PVA/PSU-AlOOH展现出独特的海绵状孔隙结构，兼具高强度（7.8 MPa）与高气密性（6.54 bar泡点压力），其亲水性（62.76%碱吸收率）和导电性（0.12 Ω cm²面电阻）显著优于传统材料。

Materials

实验采用麦克林试剂：PSU、γ-AlOOH、PVA为基材，N-甲基吡咯烷酮（NMP）与二甲基亚砜（DMSO）混合溶剂（1:1 v/v）作为分散介质。

Synthesis of cast diaphragm slurry

将不同比例PVA/PSU（0-10%梯度）溶于NMP/DMSO混合溶剂，加入55% γ-AlOOH后持续搅拌24小时，形成均匀铸膜浆料。

Chemical characteristic

傅里叶红外光谱（FT-IR）显示3080 cm^-1处PSU苯环特征峰，1080 cm^-1出现γ-AlOOH的δ-Al-OH振动峰。X射线光电子能谱（XPS）证实PVA的羟基与γ-AlOOH产生协同效应。

Conclusions

该工作创新性地采用PVA改性PSU基质，结合γ-AlOOH的纳米层状结构，成功突破传统隔膜性能瓶颈。5%-PVA/PSU-AlOOH在80°C、30 wt% KOH中连续运行150小时（500 mA cm^-2）仍保持稳定，为AWE技术商业化提供了革命性材料解决方案。