液流電池是新能源儲能的關鍵領域。其中，一種核心膜材料長期被國外高價含氟膜壟斷，不僅成本高昂，其生產和使用過程中產生的“永久性”含氟污染物（PFAS）更對環境和健康構成嚴重威脅。

如今，這一困局被來自華東理工大學化工學院的師生團隊打破。這支“膜法師”團隊成功研發出新一代高性能非氟多孔離子傳導膜，不僅性能優于國際主流產品，且成本低至進口膜售價的1/16，更從源頭上杜絕了氟污染。如今，在學校的大力支持下，膜材料已實現規模化生產，年產量達到5萬平方米，成功應用于全釩、全鐵等多種液流電池體系。

千次測試探索性能最優解

我國離子膜行業長期面臨“卡脖子”問題，不僅材料依賴進口，成本高昂，技術也存在高傳導性與高選擇性難以兼得的瓶頸。帶著環保信念與技術追求，許多像段瑞丹一樣的青年加入徐至教授團隊，與志同道合的伙伴們集結成“膜法師”戰隊，致力于開發國產高性能非氟膜。

傳統含氟膜依靠化學基團進行離子交換，而團隊的技術路徑是利用分子篩規整的孔道結構進行“物理篩分”，以求解決離子膜高傳導性與高選擇性難以兼得的固有矛盾。然而，這項技術要實現真正應用，還面臨一系列挑戰：分子篩孔徑是否適配、傳導性能能否保障、膜的機械強度如何維持等，都是未知數。

在徐至教授與莊林洲副教授的指導下，學生團隊進行了實驗設計、材料制備和性能測試等大量工作。為了尋找材料性能的最優解，團隊成員不斷查閱文獻、設計實驗，僅配方調整就進行了500余次，性能測試超過2000次。

在反復的實驗中，團隊發現成膜過程中溶劑揮發產生的微小剪切力會“拉扯”膜內的分子篩納米片。之后，團隊通過對溫度、風速等參數進行調控，巧妙地利用這種剪切力使分子篩有序排列，如同為質子修建了一條暢通無阻的“高速公路”，極大地縮短了傳導路徑。

第一片直徑40毫米的非氟分子篩膜樣品成功制備。測試結果顯示，這種新型非氟多孔膜的導電性能是商業Nafion膜的2.7倍，而對活性物質的滲透率降低近一半，并具備出色的穩定性與機械強度，實現了“低成本、高性能、無氟環保”的突破。

膜產品照片

600次調試實現關鍵跨越

將實驗室中的樣品放大到工業化生產，是團隊面臨的又一重大挑戰。

“我們預想過困難，但實際遇到的挑戰還是超出了想象。”段瑞丹坦言。

徐至教授指出了問題的關鍵：“在實驗室的小規模制備中，很多影響因素可以被忽略。但在工業化的連續生產中，納米材料在重力作用下容易發生沉降和團聚，導致膜的厚度、孔結構和填料分布不均勻，會嚴重影響產品性能。”

團隊沒有氣餒，針對這一關鍵問題，深入研究了分子篩納米片在聚合物基膜中的受力情況，開發了“恒風速變溫”連續化生產新工藝。

為了找到最合適的溫度分布方式，團隊堅守在生產車間，利用紅外熱成像儀捕捉到毫米級溫差帶，并據此優化溫度控制方案。經過5個多月，600余次參數調試，3000余次性能測試，他們終于成功制備出工業規格（650 mm寬幅）的非氟多孔膜，實現了從實驗室到生產線的關鍵跨越。

目前，非氟多孔膜已在上海電氣儲能、武漢巨安儲能、江蘇誠翔新能源等多家企業開展應用測試，在全釩、全鐵等液流電池中表現優異，展現出廣闊的市場應用前景。

在挑戰和實踐中迎來成長

從實驗室的理論研究，到“挑戰杯”等大賽的舞臺，再到產業一線的工程調試，團隊成員們在一次次挑戰中實現了全方位的成長。

“挑戰杯”指導教師莊林洲副教授談道：“希望通過實際問題引導學生投身科研，既培養解決問題的能力，也加強對國家需求的理解。”目前，團隊成員已在頂尖期刊發表一作SCI論文13篇，參與發表高質量論文32篇，手握8項發明專利，在第十九屆“挑戰杯”上海市大學生課外學術科技作品競賽中斬獲佳績。

未來，段瑞丹選擇繼續攻讀博士學位，深耕膜科學領域。團隊中即將畢業的成員，也已簽約中石化大連石油化工研究院、華誼中央研究院等企業，準備將所學知識投身實際產業中。