杨晓兵，赵磊，隋旭磊，孟令辉，王振波

哈尔滨工业大学化工与化学学院，新能源转化与储存关键材料技术工信部重点实验室，哈尔滨 150001

1 引言

随着能源危机与环境污染问题的日益加剧，太阳能、风能和潮汐能等绿色能源引起了大家的广泛关注1。然而，大自然赋予的能源因其间歇性给实际生产带来了诸多挑战，故开发新的能源体系已迫在眉睫2。在众多的能源转换与储存系统中，全钒液流电池(VRB)由于集合了快速响应、设计灵活及长循环寿命等优点而吸引了科研工作者的注意3,4。

作为VRB系统的关键组件，质子交换膜(PEM)用来隔离阴阳极电解质，阻止钒离子通过以防止活性物质交叉污染，同时又允许质子通过以完成电路循环5。理想的VRB用PEM应该具备充足的质子传导能力、极低的钒离子渗透率及低廉的成本6。作为一种全氟磺酸聚合物，Nafion以其较高的质子传导率和良好的化学耐受性而广泛应用在VRB系统里。但其过高的钒离子渗透率会加速单电池的自放电，同时阻碍单电池库仑效率的提升7,8。此外，Nafion高昂的成本也成为了限制了其大规模工业使用的重要因素。因此，制备高质子/钒选择性同时低成本的PEM将对VRB的应用扩展产生重要的推动效应。

聚苯并咪唑(PBI)具有优良的热力学和机械稳定性，经常用作PEMs的骨架材料9。更重要的是，PBI分子链由单一的咪唑环及苯环构成了稠密的结构，故其本征的钒离子阻滞能力远超易形成扩张磺酸通道的Nafion。但是，PBI不含质子传导位点，未经处理时其质子导电性极差，故作为PEM使用时需要对其进行质子供体的引入10,11。……