成果簡(jiǎn)介

本綜述從化工工程視角系統(tǒng)剖析了AEM商業(yè)化面臨的多維挑戰(zhàn)，包括聚合反應(yīng)放大過程中的傳質(zhì)與控溫困難、卷對(duì)卷（R2R）涂膜制備中的張力與干燥失控、以及原料成本與環(huán)保壓力等。作者分享了自建產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)的經(jīng)驗(yàn)，展示了在水電解與液流電池中取得的實(shí)際應(yīng)用成果，為AEM從“實(shí)驗(yàn)室材料”邁向“產(chǎn)業(yè)核心”提供了完整路線圖。

研究亮點(diǎn)

提出聚合反應(yīng)放大的“攪拌雷諾數(shù)衰減”與“熱傳遞面積下降”等工程瓶頸，并以錨式攪拌葉片+變速驅(qū)動(dòng)成功實(shí)現(xiàn)10公斤級(jí)高分子批量合成。

建立高粘度膜液的R2R連續(xù)生產(chǎn)參數(shù)體系，提出PET基底厚度與烘干區(qū)梯度控溫策略，年產(chǎn)能達(dá)10萬平方米。

成功應(yīng)用于實(shí)際液流電池和水電解器中，AEM在堿性條件下可穩(wěn)定運(yùn)行8000小時(shí)，OH?電導(dǎo)率高達(dá)196.3 mS cm?⊃1;。

指出未來發(fā)展三大核心問題：?jiǎn)误w多樣性受限、反應(yīng)機(jī)理不清、綠色工藝挑戰(zhàn)，呼吁在工業(yè)放大中引入機(jī)器學(xué)習(xí)輔助參數(shù)控制。

配圖精析

圖1 展示AEM在堿性燃料電池、水電解、液流電池、CO?與N?還原等領(lǐng)域的關(guān)鍵作用，奠定其在碳中和技術(shù)體系中的地位。

圖2 展示近年來“超強(qiáng)酸催化多羥基烷基化”路線的研究熱度與代表性單體結(jié)構(gòu)，突出了該路線在成本、穩(wěn)定性與可加工性方面的綜合優(yōu)勢(shì)。

圖3 給出AEM從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、單體開發(fā)到工業(yè)放大的發(fā)展路線圖，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)化所需跨越的技術(shù)門檻。

圖4 羅列放大生產(chǎn)中出現(xiàn)的關(guān)鍵問題圖示，包括攪拌不均、聚合膠化、膜面缺陷、干燥開裂與張力撕裂等，體現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到工程實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜挑戰(zhàn)。

圖5 呈現(xiàn)作者團(tuán)隊(duì)自建的兩條生產(chǎn)線實(shí)景圖與成果展示，包括1米寬AEM膜卷、水電解器堆疊裝置與流電池應(yīng)用成果，驗(yàn)證了材料的工業(yè)可行性。

展 望

本文不僅識(shí)別了AEM產(chǎn)業(yè)化面臨的核心障礙，還提供了切實(shí)可行的工程解決方案。未來，推動(dòng)AEM產(chǎn)業(yè)化需在三方面發(fā)力：開發(fā)更加穩(wěn)定多樣的單體結(jié)構(gòu)、深入理解聚合反應(yīng)機(jī)理以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控、推動(dòng)綠色合成技術(shù)以降低環(huán)境與安全風(fēng)險(xiǎn)。AEM的命運(yùn)不僅關(guān)乎材料科學(xué)的進(jìn)步，更將影響綠色能源技術(shù)的落地速度。