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阴离子交换膜（AEM）近年来备受关注，因其作为低成本水电解系统的关键组件，可与可再生能源相结合，成为化石燃料的可持续替代方案，用于制氢领域。开发可用于生产并表征AEM的潜在材料是实现其商业化的重要步骤，并在制氢行业中具有竞争优势。 已发展成熟的碱性水电解技术（AWE ）与AEMWE的主要区别在于：AWE中用于分隔两个半电池的隔膜虽允许离子跨体系传输，但其自身不导电，导电性依赖于填充多孔隔膜的碱性氢氧化物溶液；而AEMWE的聚合物膜为非多孔结构，并具有本征阴离子导电性。需指出的是，与仅使用聚合物电解质的质子交换膜（PEM）电解槽不同，许多AEMWE系统额外引入液态电解质（如KOH或K₂CO₃溶液）以提升反应动力学。液态电解质可提高催化剂-电解质界面的局部pH值，
形成额外的电化学界面。由于解决了AWE的主要技术瓶颈，近年来AEMWE在工业界和学术界的研究关注度显著提升。 针对碱性膜的开发，已有大量研究、论文及综述发表，涵盖不同应用场景（如电渗析、电渗析逆转、脱盐、电去离子等）及多维度研究视角（包括独立组件、材料、工艺和运行条件等）。大多数已开发的膜材料针对化学环境温和（pH与操作温度较低）的场景进行了优化。然而，关于专为水电解设计的氢氧根交换膜（即阴离子交换膜，AEM）的合成研究仍较为匮乏。在碱性电解槽中，阴离子膜的核心功能是驱动氢氧根离子（OH⁻）从阴极迁移至阳极，同时阻断电子传导并防止两侧反应室中电化学反应生成的气体交叉渗透。理想的阴离子膜应具备以下特性： ◎ 高OH⁻电导率 ◎ 高化学稳定性（耐碱性、抗氧化性、热稳定性） ◎ 湿润环境与高压差下优异的机械性能 ◎ 低气体渗透率 此类膜通常由聚合物主链（提供机械与热稳定性）和带正电的官能团（通过主链修饰或侧链接枝引入）组成。这些官能团促进阴离子迁移，主导膜的离子交换容量、离子电导率及迁移数，从而实现零极距结构设计与压差运行模式。 迄今为止，已有多种阴离子交换膜（AEM）主链材料被研究与开发，包括聚苯乙烯（PS）、聚苯醚（PPO）、聚砜（PSF）、氟化聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE ）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚乙烯醇（PVA）、聚醚醚酮（PEEK）、聚芳醚酮（PAEK）及聚咔唑（PCz）等。研究最为广泛的官能团包括：–NH₃⁺、–RNH₂⁺、–R₂NH⁺、=R₂N₂⁺、–R₃P⁺、–R₂S⁺、季铵盐（QA）以及叔胺（如BTMA）。其中，环状脂肪族季铵盐（QA）表现出优异的耐碱性。 如之前文献所述，阴离子交换膜面临的主要挑战是： 1）其化学稳定性和热稳定性较低。这是由于在碱性条件下，膜的主链和官能团均会因氢氧根（OH⁻）的侵蚀而发生降解。聚合物主链的降解危害包括：主链降解会导致链断裂，降低分子量，并显著增加膜的脆性。含有芳香醚基团（如PEEK、聚醚砜（PESU）和聚苯醚（PPO）等低成本易得聚合物中常见）的主链尤易发生此类劣化。因此，应避免使用含芳香醚基团的材料。 2）离子电导率限制。与质子交换膜（PEM，如Nafion）相比，阴离子交换膜的离子电导率较低，其原因是OH⁻的迁移率远低于H⁺。 目前，已有少数碱性固体聚合物膜实现商业化应用，例如Fumasep®、Sustainion®、Aemion™ 和 Orion™，其核心特性总结于下表1。如下表1所示，不同主链材料的膜表现出不同的离子电导率。 表1：商业化使用AEM的基本特征 后三种膜（Sustainion®、Aemion™、Orion™）的导电率显著高于Fumasep®，但需注意的是，Fumasep膜以Cl⁻形式活化，而Cl⁻的迁移率低于OH⁻，且该膜厚度明显更大。现有文献中关于这些膜实际应用的数据非常有限，且许多研究采用的活化工艺、离聚物材料、电解槽组件、运行条件乃至电池性能测试时长均不一致，导致系统性对比研究难以开展。在阴离子交换膜水电解槽（AEMWE）中表现稳定的最常用膜为Fumasep。 激活具有理想机械特性的多孔支撑物是合成阴离子膜的一种非常简单的方法。膜的性能受到支撑结构和离子膜的深刻影响，因此研究制造骨架的材料和技术，并用不同的离子膜对其进行活化，是开发 AEM 的一个非常有趣的方法。可用于此目的的支撑结构是 Celgard®，这是一种典型的聚丙烯（PP）微孔膜分离器，被公认可用于电池。聚丙烯是一种低成本聚合物，由于具有良好的热稳定性和机械稳定性以及对极端 pH 值条件的高耐受性等重要特性，在全球范围内被广泛用于微孔膜制造。由于聚丙烯在生产中应用广泛，且全球使用量巨大，近来对聚丙烯生产和回收的可持续评估进行了大量研究。过去，有研究在传统的液体碱性电解槽中使用 Celgard 2400 膜，在等离子活化后对丙烯酸进行接枝聚合改性。研究人员使用浸渍了商用阴离子交换离子聚合物（Fumion）的 Celgard 3501 来改性支撑膜，以用作锌空气电池中的隔膜。
形成额外的电化学界面。由于解决了AWE的主要技术瓶颈，近年来AEMWE在工业界和学术界的研究关注度显著提升。 针对碱性膜的开发，已有大量研究、论文及综述发表，涵盖不同应用场景（如电渗析、电渗析逆转、脱盐、电去离子等）及多维度研究视角（包括独立组件、材料、工艺和运行条件等）。大多数已开发的膜材料针对化学环境温和（pH与操作温度较低）的场景进行了优化。然而，关于专为水电解设计的氢氧根交换膜（即阴离子交换膜，AEM）的合成研究仍较为匮乏。在碱性电解槽中，阴离子膜的核心功能是驱动氢氧根离子（OH⁻）从阴极迁移至阳极，同时阻断电子传导并防止两侧反应室中电化学反应生成的气体交叉渗透。理想的阴离子膜应具备以下特性： ◎ 高OH⁻电导率 ◎ 高化学稳定性（耐碱性、抗氧化性、热稳定性） ◎ 湿润环境与高压差下优异的机械性能 ◎ 低气体渗透率 此类膜通常由聚合物主链（提供机械与热稳定性）和带正电的官能团（通过主链修饰或侧链接枝引入）组成。这些官能团促进阴离子迁移，主导膜的离子交换容量、离子电导率及迁移数，从而实现零极距结构设计与压差运行模式。 迄今为止，已有多种阴离子交换膜（AEM）主链材料被研究与开发，包括聚苯乙烯（PS）、聚苯醚（PPO）、聚砜（PSF）、氟化聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE ）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚乙烯醇（PVA）、聚醚醚酮（PEEK）、聚芳醚酮（PAEK）及聚咔唑（PCz）等。研究最为广泛的官能团包括：–NH₃⁺、–RNH₂⁺、–R₂NH⁺、=R₂N₂⁺、–R₃P⁺、–R₂S⁺、季铵盐（QA）以及叔胺（如BTMA）。其中，环状脂肪族季铵盐（QA）表现出优异的耐碱性。 如之前文献所述，阴离子交换膜面临的主要挑战是： 1）其化学稳定性和热稳定性较低。这是由于在碱性条件下，膜的主链和官能团均会因氢氧根（OH⁻）的侵蚀而发生降解。聚合物主链的降解危害包括：主链降解会导致链断裂，降低分子量，并显著增加膜的脆性。含有芳香醚基团（如PEEK、聚醚砜（PESU）和聚苯醚（PPO）等低成本易得聚合物中常见）的主链尤易发生此类劣化。因此，应避免使用含芳香醚基团的材料。 2）离子电导率限制。与质子交换膜（PEM，如Nafion）相比，阴离子交换膜的离子电导率较低，其原因是OH⁻的迁移率远低于H⁺。 目前，已有少数碱性固体聚合物膜实现商业化应用，例如Fumasep®、Sustainion®、Aemion™ 和 Orion™，其核心特性总结于下表1。如下表1所示，不同主链材料的膜表现出不同的离子电导率。 表1：商业化使用AEM的基本特征 后三种膜（Sustainion®、Aemion™、Orion™）的导电率显著高于Fumasep®，但需注意的是，Fumasep膜以Cl⁻形式活化，而Cl⁻的迁移率低于OH⁻，且该膜厚度明显更大。现有文献中关于这些膜实际应用的数据非常有限，且许多研究采用的活化工艺、离聚物材料、电解槽组件、运行条件乃至电池性能测试时长均不一致，导致系统性对比研究难以开展。在阴离子交换膜水电解槽（AEMWE）中表现稳定的最常用膜为Fumasep。 激活具有理想机械特性的多孔支撑物是合成阴离子膜的一种非常简单的方法。膜的性能受到支撑结构和离子膜的深刻影响，因此研究制造骨架的材料和技术，并用不同的离子膜对其进行活化，是开发 AEM 的一个非常有趣的方法。可用于此目的的支撑结构是 Celgard®，这是一种典型的聚丙烯（PP）微孔膜分离器，被公认可用于电池。聚丙烯是一种低成本聚合物，由于具有良好的热稳定性和机械稳定性以及对极端 pH 值条件的高耐受性等重要特性，在全球范围内被广泛用于微孔膜制造。由于聚丙烯在生产中应用广泛，且全球使用量巨大，近来对聚丙烯生产和回收的可持续评估进行了大量研究。过去，有研究在传统的液体碱性电解槽中使用 Celgard 2400 膜，在等离子活化后对丙烯酸进行接枝聚合改性。研究人员使用浸渍了商用阴离子交换离子聚合物（Fumion）的 Celgard 3501 来改性支撑膜，以用作锌空气电池中的隔膜。
