美(mei)國Versogen是(shi)陰離子交(jiao)換膜(mo)(Anion Exchange Membrane)和AEM水電解電堆研發與制造公司。公司位于美(mei)國特拉華州(zhou)威(wei)名頓(dun)市(shi)，坐(zuo)落于環境優美(mei)的(de)(de)杜(du)邦實驗(yan)(yan)科(ke)學站。杜(du)邦實驗(yan)(yan)科(ke)學站設施完備，專家齊全，是(shi)眾多傳奇*材(cai)料的(de)(de)搖籃、化工科(ke)研者的(de)(de)圣地，為Versogen的(de)(de)成長與發展夯實了基礎。

Versogen 公司的核心(xin)產(chan)品是 PiperION 陰離子交換膜，目前(qian)已(yi)廣泛應用于 AEM水(shui)電(dian)解制氫、氫燃料電(dian)池、二氧化(hua)碳還原等。作(zuo)為電(dian)化(hua)學反應中的固態電(dian)解質和隔離膜，PiperION 陰離(li)(li)子(zi)交換膜能選擇(ze)性的透過陰離(li)(li)子(zi)，并(bing)阻隔陽離(li)(li)子(zi)、電子(zi)以及氣體的穿透。具(ju)有離(li)(li)子(zi)傳導率高(150 mS/cm, OH-, 80℃)，堿穩定性(xing)高(8000+ h, 1 M KOH, 80℃)和機械強度高 (67 MPa stress, 117% strain)的特(te)點。

Versogen自支撐陰離子膜

Versogen 自支撐陰離(li)子膜（VersogenSelf-SupportingAEMs）目前有(you) 15μm、20μm、32μm、 40μm、60μm、80μm 六(liu)種厚度。

1.1 PiperION-A80-HCO3陰離子膜

一款基于聚芳環哌(pai)(pai)啶(PAP, PolyArylPiperidinium)的有(you)機高分子膜，結合了高強度(du)的芳環主鏈與(yu)耐(nai)強堿的二甲基哌(pai)(pai)啶離(li)子官能團，是專門為水電(dian)解制氫應用開發(fa)的(de)80μm高(gao)強度(du)自支撐陰離(li)子交換膜。更高(gao)的(de)厚度(du)能在(zai)不犧牲(sheng)電(dian)化學性(xing)能的(de)前提下([email protected]/cm², 1 MKOH, 80℃)，實現直(zhi)接生產高純高壓氫氣(qi)(99.9995%, 30bar)，并且具有極(ji)低的(de)氫氣(qi)滲透率(lv) (1×10-13mol/(KPa·s·cm),為Nafion質子交換膜的(de)50%)，安全可靠。

1.2 PiperION-A40-HCO3陰離子膜

一(yi)款自支撐(cheng)陰離(li)(li)子(zi)交換膜因其出眾(zhong)的(de)(de)離(li)(li)子(zi)傳導(dao)率和強韌的(de)(de)機械(xie)性(xing)能，廣泛應用于二氧化碳還原(yuan)等電(dian)(dian)化學電(dian)(dian)解(jie)槽(cao)中。40μm的(de)(de)厚度能從容(rong)應對電(dian)(dian)解(jie)槽(cao)中表面粗糙的(de)(de)金屬(shu)氣體(ti)擴散(san)電(dian)(dian)極(GDE, GasDiffusionElectrode)，超高的(de)(de)離(li)(li)子(zi)傳導(dao)率保(bao)證(zheng)了電(dian)(dian)解(jie)槽(cao)效率不減，穩定(ding)的(de)(de)機械(xie)強度可以輕(qing)松(song)適應自動化裝配(pei)。

1.3 PiperION-A20-HCO3陰離子膜

一款自支撐陰(yin)離子交換(huan)(huan)膜，較之于目(mu)前市(shi)場上其他陰(yin)離子交換(huan)(huan)膜，因其超薄的(de)厚度(20μm)以及碳(tan)酸氫(qing)根陰(yin)離子形式，能直接應用于AEM氫(qing)燃料電(dian)池中，無需繁雜的(de)堿處理操作，可以有效地簡(jian)化(hua)電(dian)堆的(de)組裝工藝，為氫(qing)燃料電(dian)池提供持久(jiu)強勁的(de)電(dian)力(li)。

1.4 Versogen復合陰離子膜

Versogen復合陰(yin)離子(zi)膜(mo)(mo)（AEMs），是由(you)功(gong)能(neng)化聚芳基(ji)哌啶樹脂(zhi)材料(liao)和微孔(kong)ePTFE載體制成的(de)(de)(de)。微孔(kong)ePTFE顯(xian)著提高了陰(yin)離子(zi)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)機(ji)械穩定性(xing)(xing)。由(you)于膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)一部分是惰(duo)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)，沒有功(gong)能(neng)化樹脂(zhi)材料(liao)，因此復合膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)離子(zi)導電性(xing)(xing)通常比具有相同厚度的(de)(de)(de)自(zi)支撐膜(mo)(mo)要低(di)，機(ji)械增(zeng)強(qiang)膜(mo)(mo)也稱為增(zeng)強(qiang)復合膜(mo)(mo)，是加(jia)壓應(ying)用的(de)(de)(de)理想選(xuan)擇。

1.5 PiperION-A15R-HCO3陰離子膜

這款復合陰離(li)子交換膜(mo)在超薄自支撐膜(mo)的基礎上加入(ru)高度穩定的微(wei)孔ePTFE載體，進一步降低膜(mo)的厚(hou)度到15μm。復合膜(mo)具有更低的面(mian)積電阻率和更高的形變穩定性，在環境濕度變化(hua)時能保(bao)持(chi)更高的平整性，適用(yong)于追求高性能AEM燃(ran)料電池的應用(yong)以(yi)及自動化(hua)生產線(xian)。

膜的運輸和(he)處(chu)理(li)

1.1 膜的運(yun)輸

離子膜(mo)附著在剛性(xing)基(ji)板載體上(shang)，薄(bo)膜(mo)卷用塑(su)料包裹著，拆卸外部塑(su)料時(shi)，確保不要刺穿剛性(xing)基(ji)板。膜(mo)是干(gan)燥的(de)，以碳酸氫鹽的(de)形式(shi)運輸和(he)儲存(cun)，薄(bo)膜(mo)上(shang)有(you)一(yi)個具(ju)有(you)厚度(du)、尺寸和(he)樣品ID的(de)標簽。

1.2  膜的處理

膜以干燥的碳酸氫鹽的形式運輸：未使用時，將膜保持在提供的包裝內。打開(kai)膜后(hou)僅供直接使用。暴露在空氣中會導致膜吸水，從而導致膜起皺和膨脹。在干凈、無塵的區域存放、搬運和處理該膜，觸摸時必須佩戴手套，因為皮膚上的鹽會將不需要的陰離子（如Cl^-）污染離子膜，若要使用該離子膜，請取下蓋板。然后，將薄膜和背板一起切割到所需的尺寸，小心地從背襯板上抽出膜。更換剩余隔膜上的蓋板。

要從背板上去除膜，請參考(kao)下圖中所述的(de)步驟(zou)。如(ru)果使用(yong)標(biao)準(zhun)程序(xu)去除膜有困難，請用(yong)去離(li)子水弄濕紙(zhi)巾(jin)并擦拭膜。膜會輕(qing)微褶皺(zhou)，從背板分離(li)。由于此程序(xu)會導致膜內起皺(zhou)，因此只有在(zai)難以按照(zhao)標(biao)準(zhun)步驟(zou)剝離(li)背板上的(de)膜時(shi)才能使用(yong)。

請(qing)務必小心處理，避免折(zhe)疊或覆蓋膜導(dao)致離子膜破裂！！！

膜(mo)的預處理

如果可以，使用前將膜在環境條件下放置1小時，去除蓋板。對于氫氧化物交換膜燃料電池/電解應用，膜應從碳酸氫鹽形式轉化為OH^-型，以獲得最佳的電導率。

要將膜轉化為OH^-型，請將膜置于 0.5M 氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液中，在室溫下放置1小時。1小時后，用新鮮的0.5M氫氧化鈉或氫氧化鉀更換溶液，并使膜在室溫下再次浸泡1小時。兩次浸泡后，用去離子水沖洗濾膜（pH～7）。盡量減少暴露在環境空氣中，因為膜可以吸收CO₂，導致膜轉化為碳酸氫鹽形式。

如果(guo)不允許將(jiang)膜浸入水基(ji)中(zhong)，可(ke)以通過(guo)緩(huan)慢(man)增加通過(guo)膜的(de)電流，將(jiang)所(suo)有碳(tan)酸氫(qing)鹽轉化為氫(qing)氧化物(wu)。在轉化期間，電導率(lv)的(de)增加是膜中(zhong)的(de)氫(qing)氧化氫(qing)取代碳(tan)酸氫(qing)鹽的(de)指標,為了獲得最佳(jia)性能，建議(yi)采用基(ji)礎浸入式和磨合(he)程序(xu)。

注意：避免OH^-型的膜干燥。干燥條件下的長期儲存應采用碳酸氫鹽形式。

應用實例

1.1 AEM水電解(jie)

ACS Catal.:Water-FedHydroxideExchangeMembraneElectrolyzerEnabledbya Fluoride-Incorporated Nickel–Iron Oxyhydroxide Oxygen Evolution Electrode

doi.org/10.1021/acscatal.0c04200

結合Versogen的新型鎳-鐵陰極催化劑與PiperION陰離子膜，實現純水高效電解制氫達到單電池1020 mAcm^-2電密與1.8V電壓。為低成本規模生產綠氫打下科研基礎。

ACS Appl.Mater.Interfaces:PerformanceandDurabilityofPure-Water-FedAnion Exchange Membrane Electrolyzers Using Baseline Materials and Operation

doi.org/10.1021/acsami.1c06053

基于全商用材料的純水水電解制氫對比研究，PiperION陰離子交換膜實現單電池1Acm^-2電密與 1.9 V 電壓，在性能與穩定性上都超過對比的商用陰離子交換膜。

1.2 燃(ran)料(liao)電池

Nat. Energy: Poly(aryl piperidinium) membranes and ionomers for hydroxide exchange membrane fuel cells

doi.org/10.1038/s41560-019-0372-8

新型 PiperION 陰離子交換膜及交換樹脂報道于 NatureEnergy 雜志并獲得美國U.Spatent 10,290,890。在使用低鉑載量陰極催化劑，銀納米陽極催化劑和氫/空條件下實現 920 mW cm^-2的功率密度。

J. Electrochem. Soc.: High-Performance Hydroxide Exchange Membrane Fuel Cells through Optimization of Relative Humidity,Backpressure and Catalyst Selection

doi.org/10.1149/2.0361907jes

基于 PiperION陰離子交換膜的氫燃料電池實現 1.89 Wcm^-2 的氫/氧最高功率密度和 1.31 W cm^-2的氫/空最高功率密度。

J. Electrochem. Soc.: Improving Performance and Durability of Low Temperature Direct Ammonia Fuel Cells: Effect of Back pressure and Oxygen Reduction Catalysts

doi.org/10.1149/1945-7111/abdcca

通過優化背壓與陽極催化劑，基于PiperION 陰離子交換膜的直接氨氧燃料電池創造了 390 mW cm^-2功率密度的高性能記錄。

1.3 CO₂還原 CO2RR

Energy Environ. Sci.: High carbonate ion conductance of a robust PiperION membrane allows industrial current density and conversion in a zero-gap carbon dioxide electrolyzer cell

doi.org/10.1039/d0ee02589e

基于PiperION陰離子交換膜的零間隙CO₂電解還原電池，得益于PiperION的高離子傳導率，實現高性能(j＞1A/cm²)，高轉化率(45%)與高選擇性(90%)的CO還原生成CO。為CO₂其工業化應用奠定基礎，變廢為寶。

Nat.Energy:Operandocathodeactivationwithalkalimetalcationsforhigh current density operation of water-fed zero-gap carbon dioxide electrolysers

doi.org/10.1038/s41560-021-00813-w

大尺寸的CO₂電解還原電池(活性面積=100cm²)機理與穩定性研究，PiperION陰離子交換膜表現出遠超對手的高性能與高穩定性，具有商業化應用前景。