电解水制氢的耐碱离子膜研究进展

万磊，徐子昂，王培灿，许琴，王保国

（清华大学化学工程系，北京100084）

实现碳达峰、碳中和为代表的“双碳”目标，核心问题是实现碳元素替代。氢元素与碳具有相似性，既可以作为化学物质使用，经过与碳、氧结合，成为有机化合物，使人类的物质生活五彩缤纷。原本物质属性的碳进入人类活动的物质流，并不会直接引起危害，关键是怎么样找到新的能源载体，代替发挥能源载体的碳。与此同时，氢作为能源载体，既可以用于能源储存，又方便进行远距离管道输送。当氢与氧结合，将能量释放以后变成水，不会对人类生存环境带来任何不利影响。因此，利用氢代替碳发挥能源载体的作用，是实现国家“双碳”目标的必然趋势，是社会可持续发展的必然选择。在众多制氢方法中，电解水被认为是一种高效、大规模、清洁的制氢技术。如图1所示，目前所存在的3种常温电解水制氢技术，主要包括碱性水溶液电解、质子交换膜电解水和碱性离子膜电解水，其技术特性比较如表1所示。

表1 常温电解水制氢主要技术特征比较

图1 三种常温电解水制氢技术

基于全氟磺酸膜的质子交换膜电解水具有电解电流密度大（500～2000mA/cm）、效率高和响应速度快等优势。然而，在酸性介质中，其无法避免使用昂贵的贵金属催化剂（Pt和IrO等）及钛基双极板。高制氢成本限制了质子交换膜电解水的大规模利用。与之对比，在碱性介质中，其可以利用廉价的非贵金属（如Fe、Co 及Ni 等）为催化剂，并且避免使用昂贵的钛基组件。因此，发展碱性电解水制氢技术有利于显著降低大规模制氢成本。

离子膜是碱性电解水的关键组件，主要起到两方面的作用：①传导氢氧根离子形成内通路；②隔绝两极产生的氢气和氧气，避免发生危险事故。如图2所示，在传统的碱性水溶液电解过程，使用石棉布或聚苯硫醚（PPS）布隔离电极，同时传导电解液中的氢氧根（OH）连通内电路。由于隔离用的石棉布或PPS 布孔径很大，为了避免产生的氢气、氧气相互混合导致危险，对阴极、阳极腔室间的压强差有严格限定。因此，传统的碱性水溶液电解槽无法和电力输出波动性强的风电、光伏电力直接相连。

图2 碱性电解水用隔膜功能示意图[9]

近年来，利用阴离子交换膜（AEMs）代替用石棉布或PPS布用于电解水制氢过程，能够有效阻隔氢气、氧气混合，提高对膜两侧压差波动的耐受性，使得风电、光伏等间歇性强、不连续的电力输出可以直接用于电解水制氢。此时的阴离子交换膜在碱性环境中发挥传导氢氧根阴离子的作用，该过程称作碱性膜电解水制氢。在碱性膜电解水制氢过程，所需离子膜应满足以下几方面要求：①在碱性水溶液环境中具有优异的耐碱稳定性；②优良的氢氧根传导率；③阻止氢气和氧气相互渗透的能力；④良好的机械强度；⑤合理的市场价格。

将多孔隔膜或离子溶剂化膜用于电解水过程，两者均不具有本征的氢氧根传导能力，多孔隔膜完全依赖液相电解质充满多孔结构，建立氢氧根传递通道。对于离子溶剂化膜，其是一类聚合物膜，在强碱性电解液作用下发生溶胀并形成聚合物/水/碱性电解液三元电解质体系。离子溶剂化膜利用碱性电解液的吸收来实现氢氧根的传导。阴离子交换膜电解水可在低碱性电解液或纯水中持续操作，这是因为AEMs具有荷正电的阳离子基团，其可实现氢氧根的本征传导。本文针对用于碱性电解水的离子膜展开讨论，分别从多孔隔膜、离子溶剂化膜和AEMs三个类别，介绍碱性电解水用离子膜的应用进展及所面临的技术难题，进一步提出后续研究工作的可行思路。

1 多孔离子传导性膜

具备良好耐碱性的多孔隔膜被广泛应用于工业化碱性水溶液电解，其通常由化学惰性的聚合物基底和亲水性的无机填充物组成。目前用于碱性水溶液电解的商业化隔膜为石棉、聚苯硫醚编织物和复合隔膜。早期的碱性水溶液电解中隔膜材料为石棉，具有高致癌性、高温不稳定及高内阻等劣势，其已被聚苯硫醚编织物取代。聚苯硫醚编织物的高孔隙率导致泡点压力低（＜2000Pa），使氢气渗透严重，因此不适合在加压型碱性水溶液电解的应用。最近，Zirfon PERL商业化复合隔膜已成功应用于碱性水溶液电解。其由亲水性氧化锆纳米颗粒（质量分数85%）和机械聚合物支撑体聚砜组成，平均孔径为150nm。Zirfon 多孔膜内的孔径分布存在两个区域：①相互连通的二氧化锆孔隙（约30nm）；②聚砜支撑体中的连通孔（＞1μm）。较大的孔隙促进了碱性电解液通过隔膜的传递，有利于提高隔膜的氢氧根传导率，但同时加剧了气体的渗透性。因此，开发具有高氢氧根传导率、高耐用性及低气体渗透性的多孔隔膜对碱性水溶液电解具有重要意义。

Lee等利用溶剂化相转化法成功制备了二氧化铈/聚砜复合多孔隔膜，并用于碱性水溶液电解。如图3(a)和(b)所示。与商业化Zirfon PERL多孔膜和相比，此二氧化铈/聚砜复合多孔隔膜在质量分数30%的碱性溶液中具有更低的面电阻（0.16Ω·cm）和氢气渗透率[1.2×10mol/(cm·s·bar)]。如图3(c)所示，随着二氧化铈粒径变大，二氧化铈/聚砜复合膜表面亲水性逐渐提高，其有利于氢氧根传导率的提升。当此膜应用于碱性水溶液电解中时，电池在1.84V电压处可实现800mA/cm的高电流密度，显著高于商业化Zirfon PERL 膜（约200mA/cm）[图3(d)]。

图3 二氧化铈/聚砜复合多孔隔膜和商业化Zirfon PERL膜比较[14]

为了进一步降低多孔隔膜的面电阻和氢气渗透率，Lee等进一步报道了一种二氧化锆/聚砜的多孔复合隔膜。通过控制凝固浴温度、聚乙烯吡咯烷酮含量及隔膜厚度等制备因素，能够有效调控二氧化锆/聚砜多孔膜的形貌结构及电化学性能。如图4(a)所示，商业化Zirfon PERL 多孔膜的表面包含一层致密的聚砜层（约1μm），其不利于氢氧根的传递。然而在二氧化锆/聚砜的多孔膜中，二氧化锆纳米粒子和聚砜的聚集混合物在整个膜层随机分布，促进均一多孔结构的形成[图4b]。同时，二氧化锆纳米颗粒分布均匀，与聚砜的相容性良好，在多孔膜表面未形成致密的聚砜层。因此，如图4(c)和(d)所示，此二氧化锆/聚砜多孔复合膜具有低的面电阻（0.10Ω·cm）和氢气渗透率[0.2×10mol/(cm·s·bar)]，其显著低于商业化的Zirfon PERL 多孔膜。基于该膜的电池在80℃、30%的KOH溶液中1.83V时的电流密度可达1000mA/cm，并在80℃的30%KOH 溶液和1A/cm电流密度下稳定运行300h，表现出优异的稳定性。

图4 扫描电镜截面图及电化学测试[15]

大多数多孔隔膜的性能在高电解液浓度（即25%～30%KOH溶液）下得到优化，因为当KOH电解液质量分数低于20%时，多孔隔膜的氢氧根传导率显著降低。因此，进一步研究开发用于低浓度碱性电解液的多孔隔膜具有重要意义。纤维素纳米晶体结构富含羟基基团，促使其具有高机械性能、热稳定性及高亲水性等优点。据相关研究报道，纤维素纳米晶体的高化学稳定性和亲水性可显著提升阴离子交换膜的氢氧根传导率。因此，Cho 等利用纤维素纳米晶体作为有机共混物，成功制备了纤维素纳米晶体——二氧化锆/聚砜多孔复合膜。该膜在质量分数10%的低浓度KOH 溶液中仍呈现0.18Ω·cm的低面电阻，显著优于商业化Zirfon PERL 多孔膜（0.71Ω·cm）。基于该膜的碱性水溶液电解槽在80℃的10%的低浓度KOH 溶液中1.83V 时的电流密度高达600mA·cm，并可维持300h的电解稳定性。

本文作者课题组提出原位填充制膜方法，进一步提高多孔隔膜的耐碱性和氢氧根传导率，制备成功耐碱性强的聚四氟乙烯（PTFE）/层状氢氧化物（LDH） 复合离子传导膜。与聚砜相比，PTFE 骨架结构不含任何杂原子，具有更优异的碱性稳定性。另外，LDH 作为一类层状二维材料，具有高氢氧根离子传导率、高耐碱性及良好的亲水性等优点。因此，此PTFE/LDH 复合膜具有低的面电阻（约0.05Ω·cm）和优异的耐碱性。在60℃的1mol/L KOH溶液中浸泡2000h，其面电阻没有显著的变化。此外，如图5(a)和(b)所示，扫描电镜图表明，PTFE/LDH 复合膜呈现致密的膜截面，可有效防止氢气渗透。如图5(c)所示，将此PTFE/LDH 复合膜用于碱性水溶液电解，在1.8V 电压处可获得高达1000mA/cm电流密度，并且在60℃的1mol/L KOH溶液中以500mA/cm电流密度可稳定电解180h没有明显衰减。

图5 PTFE/LDH复合膜截面电镜图(a)和(b)；电流密度-电压极化曲线(c)，[测试条件：1mol/L KOH溶液、60℃]；长时间碱性水溶液电解稳定性测试(d)，[测试条件：500mA/cm2电流密度、1mol/L KOH溶液、60℃][20]

基于多孔隔膜的传统碱性水溶液电解研究已取得显著成果，但其高欧姆内阻和低阻气性阻碍了其在碱性水溶液电解的进一步发展。

2 溶剂化阴离子传导性膜

为了解决多孔隔膜的高欧姆内阻和低阻气性，Aili 等首次提出了离子溶剂化膜用于碱性水溶液电解的概念。由于离子溶剂化膜致密的结构，其具有优异的气体阻隔性能。如图6(a)～(c)所示，用于碱性水电解的离子溶剂化膜分子结构主要是聚苯并咪唑类。Diaz 等利用ABPBI 膜掺入不同浓度的KOH 溶液实现氢氧根传导的功能。研究表明，掺入8.7mol/L KOH 溶液的ABPBI 膜在室温下可实现高达25mS/cm的氢氧根传导率。将此ABPBI膜用于碱性水溶液电解，在70℃的3mol/L KOH 溶液中2.0V可获得335mA/cm的电流密度，显著高于商业化的Zirfon多孔膜（100mA/cm）。为了改善碱性水溶液电解的低效率问题，Kraglund 课题组报道了一种mPBI 膜应用于碱性水溶液电解。如图6(e)所示，基于此mPBI 膜和高催化活性的非贵金属催化剂的电池在80℃、24% KOH、1.8V 电压时可获得高达1700mA/cm电流密度。电化学阻抗谱研究表明与商业化Zirfon 多孔膜相比，基于mPBI 膜的电池表现更低的欧姆内阻，甚至优于最先进的质子交换膜电解水系统。然而，长时间电解稳定性测试表明，电池电压显著升高，主要归因于mPBI 膜的破损。因此，mPBI 膜的高温耐碱稳定性仍待提高。研究表明，PBI类膜在高温下的高浓度KOH溶液中长期使用时，氢氧根可通过亲核攻击苯并咪唑基C位置，导致PBI骨架结构降解。为了提高离子溶剂化膜的碱性稳定性，Aili 等利用空间位置效应在苯并咪唑C位置引入甲基，成功制备了碱性稳定的mes-PBI膜。如图6(d)所示，此mes-PBI膜可在88℃下的50%KOH溶液中保持稳定超过6个月。基于此mes-PBI 膜的电池在80℃、30%KOH、2.2V 电压时的电流密度可达约700mA/cm，并在200mA/cm电流密度下持续稳定运行80h。

图6 不同分子结构的离子溶剂化膜及其电化学性能

除了PBI 分子结构上的设计，构建PBI 基共混膜有利于提高溶剂化膜的氢氧根传导率和碱性稳定性。近年来，多种聚合物被使用制备PBI 基共混膜，包括聚乙烯醇、商业化的阴离子交换离聚物（FAA3）及聚(乙烯苄基氯)等。例如，Diaz 等制备出一种基于聚乙烯醇和聚苯并咪唑的共混膜，并用于碱性水溶液电解。由于聚乙烯醇具有好的氢氧根传导能力，聚乙烯醇-聚苯并咪唑共混膜在90℃的30% KOH 溶液中表现出高达90mS/cm 的氢氧根传导率。将此共混膜用于碱性水溶液电解，1.9V 电压下可实现360mA/cm电流密度（70℃、15% KOH 电解液）。另外，Konovalova 课题组报道了一种mPBI-FAA3 的共混膜用于碱性水溶液电解。通过利用商业化FAA3 的共混打破mPBI 聚合物骨架的密集堆积，促进mPBI 掺入更多的KOH。因此，mPBI-FAA3共混膜在室温下的25%KOH 溶液中呈现166mS/cm 的高氢氧根传导率，显著高于原mPBI 膜（约33mS/cm）。将膜置于85℃的25%KOH 溶液中浸泡一个月，mPBI-FAA3 共混膜相比原mPBI 膜表现出更高的机械强度和更低的质量损失。在碱性水溶液电解测试中，mPBI-FAA3 共混膜在60℃、20%KOH 电解液条件下于2.2V 电压处的电流密度为400mA/cm，并稳定持续无衰减电解100h。

离子溶剂化膜的使用能有效解决多孔隔膜的氢气渗透率低的问题。研究人员利用分子结构设计及不同膜材料共混等途径不同程度地提高了离子溶剂化膜的氢氧根传导率。然而，离子溶剂化膜的氢氧根传导率严重依赖碱性电解液，导致碱性电解水在低浓度碱性电解液条件下的电解性能低，并无法在纯水条件下电解。

3 阴离子交换膜

作为阴离子交换膜电解水的关键部件，AEMs的性能在很大程度上决定着电池性能。AEMs 材料通常通过用三甲胺将氯或溴甲基化聚合季胺化合成。季胺化反应后聚合物主链上接有带电的亲水离子基团，这些基团能够起到传递氢氧根离子的作用。为了确保AEMWE 长期稳定运行，AEMs 必须具备良好的氢氧根离子传导率、优异的化学稳定性，同时也应该廉价易得。以下是几种不同类型AEMs的研究发展情况。

3.1 聚芳醚类阴离子交换膜

近几十年来，许多基于聚砜（PSF）、聚苯醚（PPO）和聚芳醚酮（PAEK）等廉价易得的商业化聚芳醚类AEM的研究方兴未艾。

Xiao 等首次将自交联季胺功能化聚砜AEM用于AEMWE 制氢。这种自交联的AEM 不仅在纯水中具有高的氢氧根传导率（＞10S/cm），而且在90℃条件下也可保持较高的机械稳定性。分别使用Ni-Fe 和Ni-Mo 作为氧析出和氢析出催化剂，其在400mA/cm电流密度下的过电势分别为350mV 和110mV，具有优异的电催化活性。基于此膜的AEMWE在70℃纯水条件下1.8V电压处电流密度为约400mA/cm，并可稳定运行8h。

Zhang 等为了提高AEM 的氢氧根传导率和机械性能，将季胺功能化的聚苯醚（qPPO）与PVA共混成功制备阴离子传导的聚合物膜。PVA 中的羟基基团提供了类似于水的高密度Grotthuss 机制传导位点，促进氢氧根的传导。另外，PVA 与qPPO 形成的半互穿网络有助于拉伸强度提高。通过调控PVA/qPPO的比例，可显著优化共混膜的氢氧根传导率及力学性能。含30%qPPO的AEM具有优异的氢氧根传导率（常温下151mS/cm），约为酸性条件下Nafion 117 膜的2.7 倍，并具有较高的抗拉强度（干态126MPa，湿态41MPa）。

聚芳醚类AEM 的主链结构包含杂原子（O、S等），在氢氧根的攻击下易发生断裂，导致AEM韧性下降。如图7(a)所示，聚芳醚类AEM 中的阳离子使附近的电子结构离域，导致季碳和醚键上的正偶极矩。使这些位点易发生亲核反应。相比而言，全部由碳氢键构成的聚合物主链，如聚烯烃类的主链或聚芳基类的主链则展现出更好的耐碱稳定性。另外，AEM 阳离子基团的耐碱稳定性对AEMWE 的稳定运行有显著影响。在众多应用于AEM 的阳离子基团中，由于季铵盐具有高氢氧根传导率、低成本和易于功能化而被广泛研究。然而，在高pH 环境下传统的烷基链季铵盐可通过Hofmann 消除（E2）和亲核取代（SN2）途径发生降解[图7(b)]。因此，近年来多种新的耐碱季铵盐型阳离子基团分子结构被设计并制备，如1,4-二氮杂二环辛烷（DBACO）阳离子、哌啶盐以及螺环盐等。这些新型季铵盐有效地提高了AEM 在强碱性下的化学稳定性。

图7 聚芳醚类AEM的骨架结构和传统的烷基链季铵盐在强碱性环境的降解途径[43-44]

3.2 无芳基醚键阴离子交换膜

Bae 课题组系统研究了电化学能源转化和储存装置中使用的聚合物基离子交换膜骨架的化学稳定性。研究发现，聚合物重复单元中靠近芳醚键的吸电子基团加速了醚键的化学降解，表现出较差的耐碱稳定性；然而不含芳基醚键的全碳基聚合物可以改善膜的长期耐碱稳定性。这些结果为设计具有优异耐碱稳定性的聚合物膜提供了一种有效的策略。

Faraj 等采用紫外诱导接枝乙烯基苄氯（VBC）功能单体，并与1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷反应，成功制备了一种基于低密度聚乙烯骨架的AEM用于AEMWE。基于此膜的AEMWE在1%KCO下2.0V电压处的电流密度为150mA/cm，而长期的电解稳定性表明其性能衰减比商业化膜更显著。因此，此膜的碱性稳定性仍待进一步提高。

为了提高聚烯烃类AEM 的碱性稳定性，Vengatesan等采用苯乙烯和乙烯基苄基氯共聚之后再季胺化的方法制备了AEM用于AEMWE。当苯乙烯和乙烯基苄基氯共聚比例为1∶0.33时制得的AEM在25℃纯水中的氢氧根离子传导率为6.8mS/cm。将优化后的AEM 和镍基催化电极组装成电池测试，在25℃纯水中2.5V时的电流密度为100mA/cm，并且单电池运行200h，表现出良好的稳定性。

为了改善AEMWE 的低效率和耐碱性问题，Su 等制备了新型哌啶功能化聚苯乙烯嵌段聚(乙烯-丁烯)-嵌段聚苯乙烯（SEBS）膜（SEBS-Pi）。该膜不仅展现出可比较的氢氧根传导率（30℃下大于10mS/cm），而且具有优异的热稳定性和机械性能。在80℃的1mol/L KOH中浸泡576h，SEBS-Pi膜的离子交换容量和氢氧根传导率保留率较高，并且红外谱图无明显变化，表明SEBS-Pi膜具有良好的耐碱性。基于SEBS-Pi膜的AEMWE在50℃的5.6%KOH溶液中2V电压时电流密度达到400mA/cm，且在400mA/cm电流密度下可稳定运行105h，电池电压稳定在2.08V，表现出优异的电化学性能。

与聚烯烃骨架结构相比较，无醚聚芳基主链聚合物玻璃化转变温度高，结构刚性大，尺寸稳定性更优异。因此，近期大量研究人员致力于无醚聚芳基AEM 的研究。Yan 课题组采用简单可控的超酸催化反应制备了一种具有扭曲分子结构的无醚聚芳基哌啶（QMter--Mpi）膜用于AEMWE。由于这种独特的分子结构形成了高效的离子传递通道，QMter--Mpi 膜在30℃纯水中的氢氧根传导率为37mS/cm。此外，经过1000h 的碱液浸泡处理，此膜的离子交换容量和氢氧根传导率仍可保持80%以上。基于QMter--Mpi的AEMWE在50℃的1mol/L KOH 电解液下，2.5V 电压处电流密度可达1064mA/cm，并以200mA/cm电流密度稳定电解超过500h。然而，QMter--Mpi 膜在纯水下的氢氧根传导率仍较低，导致AEMWE的电解性能仍无法满足工业化规模需求。

为了进一步提高无醚聚芳基AEM 的氢氧根传导率，Cha 等利用超酸催化反应成功制备了由咔唑单体组成的刚性无醚弯曲主链结构的季铵化聚咔唑（QPC-TMA）聚合物[图8(a)]。由于刚性疏水骨架和柔性亲水侧链之间的链排列不同，形成了良好的相互连接的水通道，有助于氢氧根的传递。因此，QPC-TMA 膜在80℃的纯水中具有高达154mS/cm 的氢氧根传导率，显著高于商业化的FAA-3 膜（约60mS/cm）[图8(b)]。基于QPC-TMA 膜的AEMWE表现出优异的电解性能（1.9V 电压处的电流密度为3.5A/cm），甚至优于目前报道的PEMWE性能。

图8 季胺化聚咔唑（QPC-TMA）聚合物的合成路线(a)；QPC-TMA膜和商业化FAA-3膜的温度随氢氧根传导率的关系曲线(b)；电流密度-电压极化曲线[5](c)

主链全部由芳香环组成的全共轭高分子由于其刚性过大，常常存在溶解性差、成膜困难等问题，基于高度刚性结构的全芳基AEM 制备方法较为少见。但是，Yamamoto 耦合聚合反应则是一个成功的案例。从模型分子的稳定性角度出发，进行单体的合理设计，合成具有苯基保护的苯并咪唑结构阳离子AEM。PPMB在3mol/L NaOD/CD3OD/D2O及80℃的环境下，具有超过3000h的半衰期。而高离子交换容量，全共轭结构的PAImXY则由于能够很好地离域阳离子基团的正电，不但有效降低了局部电荷密度，提升耐碱稳定性，还有助于形成长程氢氧根传递通道，也同时在稳定性和氢氧根传导能力两方面展现出优势。如图9(b)所示，PAImXY 在6mol/L KOH 电解液的AEMWE 运行中展现出近50h的工作稳定性。

本文作者课题组提出可控定向溶胀的概念，制备高稳定性AEM（HWU-AEM）膜，有效改善膜材料与电极界面之间的接触状态，显著提升电解水制氢性能。如图9(a)、(b)所示，为实现AEM的定向溶胀，仅有一个方向上高度溶胀而另一个方向上保持不变的特征，HWU-AEM 采用单体溶液填充PTFE 基底，光照原位聚合的方法。由于受限于惰性的PTFE 多孔骨架，填充的交联聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）吸水后，在垂直孔道的方向发生显著溶胀，自由状态下能够增加近5 倍的厚度；然而，平行于膜表面方向的尺寸近乎保持不变，并维持良好机械性能。当HWU-AEM 组装为膜电极应用到电解水制氢过程，吸水膜与催化电极的接触呈现良好接触，显著优于市售离子膜产品；研究证明该策略能够同时用于自支撑电极和粉末状催化剂表面。由于界面接触状态改善，界面欧姆阻抗明显减小，为能源转化过程的高性能及稳定性提供保障[图9(d)]。在电解水制氢过程，室温下1.9V单室电压，能够产生911mA/cm的电流，并稳定电解160h。

图9 原位测量HWU-AEM在干态和湿态下的膜厚度(a)；HWU-AEM在垂直方向和平行方向的溶胀率(b)；HWU-AEM膜在1mol/L KOH下电解极化曲线(c)；HWU-AEM膜与自支撑催化电极的截面SEM形貌(d)；AEMWE电解稳定性测试，电池电压随时间变化曲线[56](e)

4 结语与展望

近年来，碱性电解水用离子传导膜研究取得了显著进步，特别是在氢氧根传导率、耐碱稳定性及碱性电解水性能等方面，极大地推进了碱性膜电解水制氢技术发展。本文从多孔隔膜、溶剂化离子膜及AEMs三个方面系统总结了碱性电解水用隔膜性能的最新研究进展（表2）。对于碱性水溶液电解用多孔隔膜，其具有价格低廉和耐碱稳定性好的优势，然而高氢气渗透率及欧姆内阻限制了其进一步的发展。针对多孔隔膜的瓶颈，研究人员提出了多种分子结构类型的溶剂化离子膜，可以有效阻隔氢气渗透并提高氢氧根传导率。然而，此类膜严重依赖碱性电解液，导致装备碱腐蚀严重。最近提出的阴离子交换膜电解水技术可有效降低电解液浓度，甚至可直接使用纯水为电解液。研究人员通过分子结构设计，制备出多种AEMs 材料，但氢氧根传导率低及化学稳定性差的问题依旧突出。综上所述，碱性电解水制氢具有成本低的优势，开发高氢氧根传导率、高耐碱稳定性、低氢气渗透率、低成本的新型碱性电解水用隔膜对加快推动碱性电解水的产业化和清洁可再生能源的利用具有重要意义。

表2 不同类型碱性电解水隔膜性能