辽宁石油化工大学新能源与新材料学院张登华老师团队在高性能、低成本钒液流电池膜研究方面取得进展。研究团队将两性离子功能化ZSM-35分子筛纳米片嵌入多孔聚偏氟乙烯支撑体，构筑具有明确亚纳米传输通道的PVDF-ZPS复合膜。相关研究成果以“Achieving high reproducibility and performance in phase-inversion vanadium flow battery membranes via a zeolite-reinforced scaffold”为题发表在国际期刊《Chemical Engineering Journal》上。辽宁石油化工大学为第一署名单位，Wei Xiao为论文第一作者，Xihao Zhang、Jiaqi Liu和张登华老师为通讯作者。
商业全氟磺酸膜具有较好的质子传导能力和化学稳定性，但成本较高且对水合钒离子的选择性有限。相转化法制备的多孔聚合物膜成本较低、工艺成熟，但成孔过程受多种参数影响，容易形成随机大孔和批次差异，导致钒离子交叉渗透和性能重复性不足。如何在可规模化工艺中同时获得精确孔道、高选择性和稳定的批次性能，是低成本钒液流电池膜产业化面临的关键问题。
图1 PVDF-ZPS复合膜的结构设计与选择性离子传输机制
研究团队以相转化法制备多孔PVDF力学支撑体，将经聚多巴胺包覆并接枝磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯的ZSM-35纳米片均匀嵌入孔道。ZSM-35晶体具有尺寸明确的亚纳米通道，可对较大的水合钒离子进行物理筛分；功能化表面在酸性环境中产生电荷排斥，进一步形成Donnan排斥效应。两种机制协同替代随机孔道的非选择性传输，并由无机纳米片稳定膜的微观结构。
优化后的PVDF-ZPS膜离子选择性达到16.52×103 S min cm−3，约为商业N212膜的4倍。组装成钒液流电池后，该膜在200 mA cm−2电流密度下实现81.47%的能量效率，峰值功率密度达到757 mW cm−2，并可稳定循环300次。技术经济性测算显示，膜成本可由N212体系的102.67 USD kWh−1降至12.83 USD kWh−1，降幅接近90%。
该研究以晶体孔道调控相转化膜的随机成孔过程，提高了膜性能的批次重复性，并将尺寸筛分、静电排斥和多孔支撑结合起来。该策略兼顾膜性能、制造成本和规模化工艺，为低成本钒液流电池膜及其他电化学分离膜的设计提供了可推广的技术路径。
图2 PVDF-ZPS复合膜的循环稳定性与技术经济性分析
研究成果详见《Chemical Engineering Journal》期刊：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.174305。（撰稿人：张登华 校对人：赵桂艳 审稿人：胡跃鑫）
