美(mei)(mei)國Versogen是陰離子交換(huan)膜(mo)(Anion Exchange Membrane)和AEM水電解電堆研發(fa)與制造公(gong)司。公(gong)司位于(yu)美(mei)(mei)國特拉華(hua)州(zhou)威名頓市(shi)，坐落于(yu)環境優美(mei)(mei)的(de)杜邦實驗科(ke)學(xue)站(zhan)(zhan)。杜邦實驗科(ke)學(xue)站(zhan)(zhan)設施完備(bei)，專家齊全(quan)，是眾多傳(chuan)奇(qi)*材料(liao)的(de)搖籃、化(hua)工科(ke)研者的(de)圣地，為(wei)Versogen的(de)成長與發(fa)展夯實了(le)基礎。

Versogen 公司的核心產品(pin)是 PiperION 陰離子交換膜，目前已(yi)廣泛應用于 AEM水電(dian)(dian)解(jie)制氫(qing)、氫(qing)燃(ran)料電(dian)(dian)池、二氧(yang)化(hua)(hua)碳還原(yuan)等。作為電(dian)(dian)化(hua)(hua)學反應中的固態電(dian)(dian)解(jie)質和隔離膜，PiperION 陰離子(zi)(zi)(zi)交換(huan)膜能選擇性的透(tou)過陰離子(zi)(zi)(zi)，并阻(zu)隔陽離子(zi)(zi)(zi)、電子(zi)(zi)(zi)以(yi)及氣體的穿透(tou)。具有離子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)導率高(150 mS/cm, OH-, 80℃)，堿穩定性高(8000+ h, 1 M KOH, 80℃)和(he)機械強度(du)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(zhi)撐陰離子(zi)膜(mo)（VersogenSelf-SupportingAEMs）目(mu)前有 15μm、20μm、32μm、 40μm、60μm、80μm 六種厚度。

1.1 PiperION-A80-HCO3陰離子膜

一款基于聚(ju)芳(fang)(fang)環(huan)(huan)哌(pai)啶(PAP, PolyArylPiperidinium)的有機(ji)高(gao)分(fen)子(zi)膜，結合了高(gao)強(qiang)度的芳(fang)(fang)環(huan)(huan)主鏈與耐強(qiang)堿的二甲(jia)基哌(pai)啶離子(zi)官能團，是專門(men)為水電解制氫應用開(kai)發的80μm高強度自支撐陰離子交換膜。更高的厚(hou)度能在(zai)不(bu)犧牲電(dian)化學性(xing)能的前提(ti)下([email protected]/cm², 1 MKOH, 80℃)，實現直接生產高純高壓(ya)氫氣(99.9995%, 30bar)，并且具有極低的氫氣滲透率 (1×10-13mol/(KPa·s·cm),為Nafion質子交換(huan)膜的50%)，安全可(ke)靠。

1.2 PiperION-A40-HCO3陰(yin)離子膜

一款自(zi)支撐陰(yin)離子交換膜因其出眾(zhong)的(de)離子傳(chuan)(chuan)導率(lv)和(he)強(qiang)韌的(de)機(ji)(ji)械(xie)性能，廣泛應(ying)用(yong)于二氧化碳還原等電(dian)(dian)化學電(dian)(dian)解槽中(zhong)。40μm的(de)厚(hou)度能從(cong)容應(ying)對電(dian)(dian)解槽中(zhong)表面粗(cu)糙的(de)金(jin)屬氣體擴散(san)電(dian)(dian)極(GDE, GasDiffusionElectrode)，超高的(de)離子傳(chuan)(chuan)導率(lv)保(bao)證了(le)電(dian)(dian)解槽效率(lv)不減，穩(wen)定的(de)機(ji)(ji)械(xie)強(qiang)度可以(yi)輕松適應(ying)自(zi)動化裝配。

1.3 PiperION-A20-HCO3陰離子膜

一款自支撐陰離子交換膜(mo)，較之于目前市場上其他陰離子交換膜(mo)，因其超薄的(de)厚度(20μm)以(yi)及碳酸氫(qing)根(gen)陰離子形(xing)式，能直接應(ying)用于AEM氫(qing)燃料電(dian)池中，無需繁雜的(de)堿(jian)處理(li)操(cao)作，可以(yi)有效地簡(jian)化電(dian)堆的(de)組裝(zhuang)工藝(yi)，為氫(qing)燃料電(dian)池提供持久強勁的(de)電(dian)力。

1.4 Versogen復(fu)合陰(yin)離(li)子膜

Versogen復合陰(yin)離(li)子(zi)膜(mo)（AEMs），是由(you)功(gong)能化聚芳基哌(pai)啶(ding)樹脂(zhi)材料和微(wei)孔ePTFE載體制成(cheng)的(de)(de)(de)。微(wei)孔ePTFE顯著提高了(le)陰(yin)離(li)子(zi)膜(mo)的(de)(de)(de)機械穩定(ding)性(xing)。由(you)于膜(mo)的(de)(de)(de)一部分(fen)是惰性(xing)的(de)(de)(de)，沒有功(gong)能化樹脂(zhi)材料，因此(ci)復合膜(mo)的(de)(de)(de)離(li)子(zi)導(dao)電性(xing)通常比具有相同厚度的(de)(de)(de)自(zi)支撐膜(mo)要(yao)低，機械增(zeng)強膜(mo)也(ye)稱(cheng)為增(zeng)強復合膜(mo)，是加壓應用的(de)(de)(de)理(li)想選擇。

1.5 PiperION-A15R-HCO3陰離(li)子膜

這(zhe)款(kuan)復合陰離子交換膜在(zai)超薄自(zi)支撐膜的(de)(de)基礎上加入(ru)高度(du)穩定的(de)(de)微(wei)孔ePTFE載體，進(jin)一步降(jiang)低膜的(de)(de)厚(hou)度(du)到15μm。復合膜具有(you)更低的(de)(de)面積電(dian)(dian)阻率(lv)和更高的(de)(de)形(xing)變穩定性(xing)，在(zai)環境濕度(du)變化(hua)時(shi)能保持更高的(de)(de)平整性(xing)，適用于追求高性(xing)能AEM燃料(liao)電(dian)(dian)池的(de)(de)應用以及自(zi)動化(hua)生產線。

膜的運(yun)輸(shu)和處理

1.1 膜(mo)的運(yun)輸

離子(zi)膜附著在(zai)剛性基板載體上，薄膜卷(juan)用塑料包裹(guo)著，拆(chai)卸(xie)外部塑料時，確(que)保(bao)不要刺(ci)穿剛性基板。膜是干燥的，以碳酸(suan)氫鹽的形式運輸和儲存，薄膜上有一個具(ju)有厚度(du)、尺(chi)寸和樣品ID的標簽(qian)。

1.2  膜(mo)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(mo)后僅(jin)供直接使用(yong)。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(ban)上去(qu)(qu)除膜(mo)，請參考下圖中所(suo)述的步(bu)驟。如果使用(yong)(yong)標準程序去(qu)(qu)除膜(mo)有(you)困難，請用(yong)(yong)去(qu)(qu)離(li)子水弄濕紙巾并擦(ca)拭(shi)膜(mo)。膜(mo)會輕微(wei)褶皺，從背板(ban)分離(li)。由于此(ci)(ci)程序會導(dao)致膜(mo)內起皺，因此(ci)(ci)只有(you)在(zai)難以按照標準步(bu)驟剝離(li)背板(ban)上的膜(mo)時才能使用(yong)(yong)。

請務必小心處理，避免折疊或覆蓋(gai)膜(mo)(mo)導致離子膜(mo)(mo)破裂！！！

膜的預處理

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。

如果不允許將(jiang)膜浸入(ru)水基中(zhong)，可以通(tong)(tong)過(guo)緩(huan)慢(man)增加通(tong)(tong)過(guo)膜的電(dian)流(liu)，將(jiang)所有碳(tan)酸(suan)氫(qing)鹽(yan)轉(zhuan)化(hua)為氫(qing)氧化(hua)物。在(zai)轉(zhuan)化(hua)期間(jian)，電(dian)導率的增加是膜中(zhong)的氫(qing)氧化(hua)氫(qing)取代碳(tan)酸(suan)氫(qing)鹽(yan)的指標,為了獲得(de)最佳性能(neng)，建議采(cai)用基礎浸入(ru)式和磨合程(cheng)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(yong)實例(li)

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 燃料電池

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(huan)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