美(mei)國Versogen是陰離(li)子交換(huan)膜(Anion Exchange Membrane)和AEM水電解電堆研(yan)發與制(zhi)造公(gong)司(si)。公(gong)司(si)位于美(mei)國特拉華(hua)州威(wei)名(ming)頓市，坐落(luo)于環境優美(mei)的(de)杜(du)邦實(shi)驗(yan)(yan)科學(xue)站(zhan)。杜(du)邦實(shi)驗(yan)(yan)科學(xue)站(zhan)設施(shi)完備，專家齊全，是眾多傳奇*材料的(de)搖籃、化工(gong)科研(yan)者的(de)圣(sheng)地，為Versogen的(de)成長與發展夯實(shi)了基礎。

Versogen 公司的核心產品(pin)是 PiperION 陰離子交(jiao)換膜，目前已廣泛應(ying)用于 AEM水電(dian)解制(zhi)氫、氫燃料(liao)電(dian)池、二氧化碳還原等。作為電(dian)化學(xue)反應中的固態(tai)電(dian)解質和隔離(li)膜，PiperION 陰(yin)離子(zi)交換膜(mo)能選擇性的透過(guo)陰(yin)離子(zi)，并阻隔陽(yang)離子(zi)、電子(zi)以及氣體(ti)的穿(chuan)透。具(ju)有離子(zi)傳導率(lv)高(150 mS/cm, OH-, 80℃)，堿穩定性高(gao)(8000+ h, 1 M KOH, 80℃)和機(ji)械強度高 (67 MPa stress, 117% strain)的特點。

美國Versogen 陰離子交換膜AEM-電化學耗材 

Versogen 自支撐陰(yin)離子膜（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(mo)

一款基于(yu)聚芳環(huan)哌(pai)啶(PAP, PolyArylPiperidinium)的有機(ji)高分子膜，結合了高強度(du)的芳環(huan)主鏈與耐強堿的二甲基哌(pai)啶離子官能(neng)團，是專門為(wei)水電解制氫應用開發的80μm高強度(du)自支撐陰離子(zi)交(jiao)換膜。更高的厚度(du)能在(zai)不(bu)犧牲(sheng)電化學(xue)性(xing)能的前提(ti)下([email protected]/cm², 1 MKOH, 80℃)，實現直接生產高純高壓氫(qing)氣(99.9995%, 30bar)，并且具有極低的(de)氫(qing)氣滲透率(lv) (1×10-13mol/(KPa·s·cm),為(wei)Nafion質子(zi)交換膜的(de)50%)，安全(quan)可靠。

1.2 PiperION-A40-HCO3陰離子(zi)膜

一款自支撐(cheng)陰離子交換膜因其出眾的(de)(de)離子傳導率和強韌的(de)(de)機械性能，廣(guang)泛應(ying)(ying)用(yong)于二氧化碳還(huan)原等電(dian)化學(xue)電(dian)解槽中。40μm的(de)(de)厚度能從容應(ying)(ying)對電(dian)解槽中表面粗糙的(de)(de)金屬(shu)氣(qi)體擴散電(dian)極(ji)(GDE, GasDiffusionElectrode)，超高的(de)(de)離子傳導率保(bao)證了電(dian)解槽效率不減，穩定的(de)(de)機械強度可以輕松適應(ying)(ying)自動化裝(zhuang)配。

1.3 PiperION-A20-HCO3陰離子(zi)膜(mo)

一款自支撐(cheng)陰離(li)子(zi)(zi)交(jiao)換膜，較(jiao)之(zhi)于目前市(shi)場(chang)上其他陰離(li)子(zi)(zi)交(jiao)換膜，因其超薄的(de)(de)厚度(20μm)以(yi)及(ji)碳酸氫根(gen)陰離(li)子(zi)(zi)形式(shi)，能直接(jie)應用于AEM氫燃(ran)料電(dian)(dian)池中，無需繁雜的(de)(de)堿(jian)處(chu)理操作，可以(yi)有效地簡化電(dian)(dian)堆的(de)(de)組(zu)裝工藝(yi)，為氫燃(ran)料電(dian)(dian)池提供持久(jiu)強勁的(de)(de)電(dian)(dian)力。

1.4 Versogen復合陰離子膜

Versogen復(fu)合陰(yin)離子(zi)膜(mo)（AEMs），是由(you)功能化(hua)聚芳基(ji)哌(pai)啶樹(shu)脂(zhi)材料和(he)微(wei)(wei)孔ePTFE載體制成的。微(wei)(wei)孔ePTFE顯著(zhu)提高了陰(yin)離子(zi)膜(mo)的機(ji)械(xie)(xie)穩定性(xing)(xing)。由(you)于膜(mo)的一部分是惰性(xing)(xing)的，沒有(you)功能化(hua)樹(shu)脂(zhi)材料，因(yin)此復(fu)合膜(mo)的離子(zi)導電性(xing)(xing)通常比具(ju)有(you)相同厚度的自支撐膜(mo)要低，機(ji)械(xie)(xie)增強(qiang)(qiang)膜(mo)也(ye)稱為增強(qiang)(qiang)復(fu)合膜(mo)，是加壓應用的理(li)想選擇。

1.5 PiperION-A15R-HCO3陰離子膜

這款復合(he)陰離子交換膜在(zai)超薄自支撐膜的(de)基礎上(shang)加(jia)入(ru)高度(du)穩定的(de)微孔ePTFE載體(ti)，進一步降低(di)膜的(de)厚(hou)度(du)到15μm。復合(he)膜具有更(geng)低(di)的(de)面(mian)積電阻(zu)率和更(geng)高的(de)形(xing)變(bian)穩定性，在(zai)環境(jing)濕(shi)度(du)變(bian)化時能(neng)保(bao)持更(geng)高的(de)平整(zheng)性，適用于追(zhui)求高性能(neng)AEM燃料(liao)電池(chi)的(de)應用以及(ji)自動化生產線。

膜的運輸和(he)處理

1.1 膜(mo)的運輸

離子膜(mo)附(fu)著在剛性(xing)基板載體(ti)上(shang)，薄(bo)膜(mo)卷用塑料包裹著，拆(chai)卸外部塑料時，確保不要刺穿剛性(xing)基板。膜(mo)是干燥的，以碳(tan)酸(suan)氫鹽(yan)的形式運(yun)輸和(he)儲存，薄(bo)膜(mo)上(shang)有一個具有厚度、尺寸和(he)樣品ID的標簽。

1.2  膜的處(chu)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。打開膜后僅供(gong)直接使(shi)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(bei)(bei)板(ban)上(shang)去(qu)(qu)除膜(mo)(mo)(mo)，請(qing)參(can)考下圖中所述(shu)的步驟。如(ru)果使用標準程(cheng)序(xu)去(qu)(qu)除膜(mo)(mo)(mo)有(you)困(kun)難，請(qing)用去(qu)(qu)離(li)(li)子水(shui)弄濕紙巾(jin)并擦拭膜(mo)(mo)(mo)。膜(mo)(mo)(mo)會(hui)輕(qing)微褶皺，從背(bei)(bei)板(ban)分離(li)(li)。由于(yu)此程(cheng)序(xu)會(hui)導致膜(mo)(mo)(mo)內起皺，因此只有(you)在難以按照標準步驟剝離(li)(li)背(bei)(bei)板(ban)上(shang)的膜(mo)(mo)(mo)時(shi)才能使用。

請務必小心處理，避免折(zhe)疊或覆蓋膜導(dao)致(zhi)離(li)子膜破(po)裂！！！

膜的預(yu)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。

如果不允許將膜(mo)浸入水基中(zhong)，可以通過緩慢增加(jia)通過膜(mo)的電流，將所(suo)有碳(tan)酸(suan)氫鹽轉化為氫氧化物。在轉化期間，電導率的增加(jia)是膜(mo)中(zhong)的氫氧化氫取(qu)代碳(tan)酸(suan)氫鹽的指(zhi)標(biao),為了獲(huo)得最佳性(xing)能，建(jian)議采(cai)用基礎浸入式(shi)和磨合程序。

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

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。

美國Versogen 陰離子交換膜AEM-電化學耗材