共价有机框架质子交换膜

无水质子电导率超0.1 S/cm

将多孔COF粉末通过酸化和凝胶化制成自支撑膜，利用质子空位机制加速质子迁移，电导率远超客体酸本身，适用于高温无水燃料电池。

Zhang, Jin · Zhang, Han · 庄林洲 · 李南文 · 任小明 · 徐至

Journal of the American Chemical Society 2025

具体参数

质子电导率

{'zh': '0.1', 'en': '0.1'} S cm⁻¹

最大功率密度

{'zh': '150', 'en': '150'} mW cm⁻²

技术优势

加工成自支撑膜

通过酸化和凝胶化，将COF粉末直接制成自支撑膜，无需额外基材或粘结剂，解决了粉末难以成型的问题。

电导率超过客体酸

COF在凝胶中同时充当胶凝剂和质子陷阱，抑制客体酸流动并捕获其质子，形成质子空位，大幅加速质子迁移，使电导率远超客体酸本身。

高温无水可用

在140 °C以上无水条件下，质子电导率超过0.1 S cm⁻¹，满足高温质子交换膜燃料电池的运行要求。

器件性能领先

使用COF凝胶膜组装的膜电极在180 °C无水条件下最大功率密度达到150 mW cm⁻²，在同类COF基膜中表现突出。

应用场景

• 高温质子交换膜燃料电池：在高温无水条件下提供高质子电导率，避免膜干涸和复杂水管理。
• 燃料电池膜电极：自支撑凝胶膜可直接用于MEA组装，简化工艺并提升电池性能。
• 电化学器件：作为高电导率固态质子导体，可集成到无水电解器件中。