近日，我校环境科学与工程学院乔锦丽教授团队在碱性电解水制氢领域取得重要进展，相关成果以 “Synergistic optimization of pore structure and hydrophilicity for an ultrathin, high-safety composite diaphragm toward high-current, durable alkaline water electrolysis” 为题发表在Science Bulletin（https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.05.070）上。

为解决碱性电解水（AWE）核心部件复合隔膜在厚度、离子电导率和阻气性之间的矛盾，团队提出一种简便、经济且易于规模化的策略，可同时调控复合隔膜的孔隙结构并赋予其亲水性，成功制备出厚度仅220mm的超薄复合隔膜，性能远超以比利时Afga为代表的商业化第三代复合隔膜。团队人员通过引入羧甲基纤维素钠（CMC）在隔膜中构建出CMC、PVP与ZrO2三维超分子氢键网络，实现了超薄复合隔膜在苛刻工况下优异的稳定性。更关键的是，低扭曲率的连续纳米孔结构得以形成。这种特殊的纳米孔道结构既提供了OH⁻的高速传输通道，同时又保持了出色的气体阻隔性能。不仅如此，CMC富含的羟基和羧基官能团有效降低了电解液对隔膜的润湿阻力，进一步加速了OH⁻传导。

 图1（a）CMC–ZrO2/PSU系列隔膜的制备过程示意图。CMC2Z83隔膜的照片：（b）表面，（c）卷曲状态，（d）大面积隔膜（52×54 cm2）。

图2CMC–ZrO2/PSU系列隔膜的基本性质表征。（a） 通过汞孔隙测量法测量的Zirfon UTP 220和CMC–ZrO2/PSU系列隔膜的增量侵入曲线，随孔径直径变化；（b）孔隙率，（c）气泡点压力，（d）接触角，（e）电解质在30 wt% KOH中的吸收量，以及（f）CMC–ZrO2/PSU系列隔膜的面电阻；（g）CMC–ZrO2/PSU系列隔膜的OH−运输机制。

图3CMC–ZrO2/PSU系列隔膜的AWE性能。（a）自制碱性水电解槽示意图。Zirfon UTP 220、CMC0Z85和CMC2Z83隔膜的极化曲线测得为（b）30 wt% KOH，（e）10 wt% KOH；Zirfon UTP 220、CMC0Z85和CMC2Z83隔膜的EIS图，测得为（c）30 wt% KOH和（f）10 wt%  KOH；d） Zirfon UTP 220和CMC2Z83隔膜的面电阻随KOH浓度变化；（g） 比较CMC2Z83、CMC5Z80和CMC8Z77隔膜的电流密度与先前报告的AWE隔膜在1.8V电池电压下的表现。

图4CMC–ZrO2/PSU隔膜中水输送的分子动力学模拟。（a）隔膜组件的示意结构模型；（b）ZPCH的结构模型；（c） ZPH和ZPCH模型的水扩散曲线。

在本研究中，配备CMC2Z83隔膜的单电解槽系统，在2.0V电压下达到了2.2A/cm2的超高高电流密度，并且实现了高纯度气体的生产（0.2 A/cm2电流密度下，AHCs仅为0.09%）。同时，配备CMC2Z83隔膜的短堆在动态条件下（启停、高低温和大-小电流密度切换）连续运行30天（~720小时）无衰减和脱粉现象，保持了高度稳定的结构和电化学性能。

此外，近年来乔锦丽教授团队在国家自然科学基金、科技部国合重点专项和上海市科学技术委员会“科技创新行动计划”重点基础研究等项目的支持下，在开发高性能复合阴离子交换膜并应用于电解水制氢和可充锌空气电池领域取得一系列成果，并先后发表于Adv. Funct. Mater., 2026；Energy Mater. Adv., 2026；J. Mem. Scir. Sci. 2025, 735, 124583；Chem. Eng. J, 2025, 510,161697；Adv. Func. Mater. 2024, 2410009；eScience, 2024, 4, 100290。