由于太阳能、风能等不可控性和间歇性，导致“弃光”、“弃风”等现象十分普遍，因此能源高效存储是实现能源可持续发展的关键。全钒液流电池（VFB）具有削峰填谷、维持电网稳定等功能，是一种非常有潜力的储能技术。

VFB通过正负极电解液在正负极之间循环流动，进行充放电反应，从而实现能量转换。VFB离子导电膜是用于分隔正负极电解液的关键组成，理想的离子导电膜必须具备以下特点：低钒离子渗透率、低面积电阻、良好的机械、化学稳定性以及低制造成本。然而，目前VFB离子导电膜存在离子渗透率高的问题，造成严重的钒离子交叉污染，导致电池容量损失，循环寿命下降。同时，昂贵的制造成本限制了VFB的商业化应用。近年来研究表明，强化钒离子和质子的有效分离是改善离子导电膜选择透过性的关键，牺牲离子电导率可以有效提高离子选择性，但跨膜质子传输也会受到一定的影响。本文综述了目前研究较多的VFB离子导电膜的特点及其应用，总结了离子导电膜中钒离子和质子的跃迁，并展望了强化离子导电膜选择性的前沿研究方向。

1、全钒液流电池离子导电膜

VFB离子导电膜主要包括阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性离子交换膜和多孔膜等。本节通过讨论VFB各类膜的特点，以期为高选择性VFB膜开发技术的发展提供参考。

1.1阳离子交换膜

阳离子交换膜（CEMs）的酸性基团（如−SO3H）可以电离出H+并促其传导，因此CEMs具有较高的电导率。目前VFB中应用最广泛的CEMs为Nafion膜，它由全氟乙烯醚共聚单体与四氟乙烯共聚而成，带有磺酸基的全氟醚键连到全氟主链上，这种微相分离结构导致Nafion亲水性基团在侧链上和水造成膜的溶胀，疏水性基团在主链上和亲水性基团分离，从而产生离子传输通道，加速了质子的传输。然而，这种离子传输同时也促进了钒离子的跨膜交叉。如：半径分别为0.58Å和0.54Å的VO2+和VO2+被水化层包裹后虽然尺寸更大，但在磺酸基团的作用下容易通过离子传输通道，从而使得钒离子的渗透速率增大，导致电池自放电严重、库仑效率较低。并且，电池膜约占VFB的成本44%，为降低钒离子的渗透速率并提高库仑效率往往需要增加膜的厚度，导致Nafion膜的成本进一步攀升，这严重阻碍了Nafion膜的工业应用。

为抑制钒离子的渗透交叉，提高离子导电膜的选择性，广大学者对Nafion膜的改性开展了深入的研究。如：通过掺杂高疏水性聚偏氟乙烯（PVDF）制备复合膜来提高阻钒性能和电流效率，使得电池在80mA/cm2的电流密度下能量效率高达85；在Nafion 212上旋涂间苯二甲胺交联的石墨烯（CLGO）薄层制备复合膜，由于CLGO层对钒离子的强阻碍作用，复合膜的钒离子渗透性远低于未改性的Nafion 212；基于化学气相沉积方法促进晶圆级均匀氮化硼单层膜（h-BN）的连续生长，结合Nafion功能层辅助转移方法制备Nafion/h-BN/SPEEK夹层膜，Nafion/h-BN/SPEEK的离子选择性比SPEEK膜高3倍，同时夹层结构不影响质子传输。

综上所述，通过不同方法对Nafion膜进行改性能有效降低膜的钒离子渗透率，然而Nafion成本价格昂贵是不争的事实，目前亟需开展深入的研究开发低成本高性能的新型离子导电膜来替代Nafion膜。

1.2阴离子交换膜

阴离子交换膜（AEMs）主要以碱性的叔胺基团、季铵基团（比如NH4+、-NR2H+或者-PR3+等阳离子）作为活性基团。在“Gibbs-Donnan”效应的作用下，AEMs仅对阴离子具有高选择透过性。从而使得钒离子的渗透被有效地抑制，并且水的迁移速度也会降低。如：AEMs中大量正电荷季铵基团为HSO4-和SO42-提供了传递位点，从而有效降低了正负极电解液中钒离子的交叉污染；然而，VFB中AEMs在实际应用中还存在阴离子电导率不高和稳定性较差的问题。由于与相同环境中的质子迁移率相比，聚合物基质和电解质水溶液中的HSO4-和SO42-迁移率较低，导致阴离子电导率偏低。

此外，大多数阴离子衍生自碳氢化合物骨架，虽然成本更低，但尺寸稳定性不足，尺寸稳定性较差的膜通常吸水率较大，IEMs的吸水率增大会导致水通道增大，间接增加了离子通道尺寸，这将导致钒离子渗透加剧。所以要想达到与CEMs相当的导电率，就要求AEMs具有更高的离子传输效率，但同样需要保证膜的稳定性以及低的钒离子交叉。通过化学接枝的方法可以提高了膜的稳定性，实验发现C16烷基链和季铵化氧化石墨烯形成反应会使钒离子渗透减弱。通过对比具有双咪唑阳离子基于聚醚醚酮的非交联与交联AEMs发现，交联可以产生致密的结构，提供更好的稳定性，但会使面积电阻增加从而降低电导率。

综上，AEMs解决了钒离子交叉的问题，但其稳定性偏低，导电率不足。因此，通过改变离子导电膜的微观结构增加离子交换容量和吸水率，为提高AEMs的稳定性和导电率提供了新的途径。

1.3两性离子交换膜

两性离子交换膜（AIEMs）是指聚合物膜中同时含有正电荷和负电荷的离子交换膜。由于AIEMs同时具有两种官能团，AIEMs比CEMs有更高的质子传导率和更低的钒离子渗透性，因而引起了广泛的关注。AIEMs主要包括侧链功能两性膜、嵌段共聚物两性膜和酸碱共混两性膜，如图1所示。

侧链功能两性膜的官能团连接在同侧链上，最大的优点是阴离子交换容量增加而不降低阳离子交换容量。如图1(a)，在这种结构中，通过引入阳离子交换基团和少量交联剂降低了钒离子的渗透性。额外的碳链由于其疏水聚合物结构，可以减少钒离子的交叉，但增加了一定的面积电阻。Nibel等制备一种新的AIEMs，通过引入带正电荷的烷基化乙烯基吡啶单元和少量交联，降低了新型AIEMs的钒渗透性能，而磺酸基团则降低它们的电阻。

不同于两性侧链功能膜的官能团连接在同一侧链上，基于嵌段共聚物的AIEMs的官能团位于不同的侧链上。图1(b)这种类型的AIEMs最大的优点是通过改变某一组分的含量来调整膜的性能。Qiu等在新型ETFE基AIEMs中通过改变甲基丙烯酸二甲胺乙酯的吸收剂量，控制膜电导率和钒离子渗透率。结果表明，AIEMs钒离子的渗透率明显低于CEMs，与AEMs相比电导率更高。

酸碱共混两性膜是一种通过形成离子交联和整体缩小离子通道的AIEMs，如图1(c)所示，将磺酸基团引入到分子中制备的磺化芳烃聚合物共混膜具有较高的相分离效果，具有比Nafion117膜更高的吸水率、离子交换容量和更低的钒离子渗透率。

AIEMs的性能可以通过调整聚合物结构来提高，从而得到性能更好的VFB。AIEMs的稳定性由其化学结构决定，可以提高VFB的循环寿命；亲水性基团的加入可以提高AIEMs的离子电导率，从而提高离子交换容量。

1.4多孔导电膜

多孔导电膜也是全钒液流电池膜中重要的一种，其中连续的多孔空间可以用作VFB的离子传输通道，孔径排斥作用可以分离质子与钒离子，使得钒离子渗透得到了有效抑制。通过控制膜的孔径和结构可以实现离子渗透的选择性。研究表明，孔径在15nm以下时对流驱动的钒离子交叉明显减少，孔径减小到接近钒离子尺寸时可进一步减少迁移和扩散驱动的钒离子交叉。在相反法制备的用于VFB的多孔聚丙烯腈（PAN）纳滤（NF）膜中，质子与钒离子的选择透过性随着孔径分布的减小而增加。通过调节由聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）/聚醚砜（PES）组成的纳滤膜中PVP/PES比值和异丙醇蒸发速率可以控制孔径大小。因此，通过精确调节膜的孔径来控制钒离子渗透对VFB的工业发展具有广阔的前景。

当膜的选择性提高时，离子的电导率会相应降低。为了实现多孔膜结构的优化，一种具有内部交联结构和海绵结构的海绵状多孔膜被提出。海绵状的多重孔壁为抑制钒离子的渗透提供多重屏障，在“Donnan”效应和孔径排斥共同作用下保证了高离子选择性。然而，这种膜的稳定性仍然不能满足VFB的要求。双极膜由同一膜上的阳离子选择层和阴离子选择层组成，由于阴离子基团带来的“Donnan”效应，保持较低的钒离子渗透率，但多个选择层会导致面积电阻的增加，从而使得离子导电率不高。因此需要进一步优化双极膜的组合、结构以及制备工艺以此来提高导电率。

综上，本文对不同离子导电膜的VFB性能进行对比，如表1所示。不同类型的离子导电膜对电池性能有不同程度的影响。阳离子交换膜由于导电性能更好，因而具有较好的电压效率，但选择性较差导致其库仑效率较低。阴离子交换膜具有较高的离子选择性，因此能量效率更高，但其稳定性不足，电池容量保持率有所下降。而两性离子交换膜则结合它们的优点，整体性能更佳。此外，多孔离子导电膜有着与离子交换膜不一样的离子传输方式，且性能稳定，因而受到了广泛关注。

2、离子导电膜的选择性

2.1钒离子的渗透

高离子选择性可以减少正负极电解液的交叉污染，降低电池自放电，提高电池库仑效率。离子导电膜的重要作用之一，是允许氢离子的快速通过，并有效阻隔不同价态钒离子的渗透，即选择透过性。但浓度差和电场导致膜两侧会产生三种钒离子的渗透方式，如图2所示。钒离子在电解质之间的浓度差是导致钒离子跨膜扩散的主要原因，正负电解质发生扩散的离子主要是VO2+和V3+，当VO2+从正电解质扩散到负电解质时，V3+从负电解质扩散到正电解质。Kushner等的离子跨膜输运扩散理论研究表明，在多力场耦合作用下分子的相互作用会影响电解质的驱动与跨膜传输，且离子的扩散与传输受浓度梯度影响较大，这就导致跨膜传输过程变得异常复杂。如当正负极浓度变化时，水分子会在渗透压的驱动下穿膜实现平衡；在电解质中，钒离子又与水分子结合，形成水合钒离子，在渗透压的驱动下，水合钒离子会发生跨膜扩散，这给扩散系数的准确测量带来了难度。目前，通过使用集成电位探针对氧化还原反应进行原位检测以此追溯到特定的钒离子种类并观察膜内的传输过程成为了可行途径。该方法可精准确定钒离子扩散系数，并为进一步研究离子传输过程提供基础。

此外，钒离子在膜上的渗透还受到电场驱动下的迁移和对流的控制。实际的VFB运行中，电场会诱导两种额外的渗透情况：一种是电场中的电迁移；另一种是电场作用下电解液的电渗透对流。VFB中钒离子的跨膜渗透过程通常是电解质的扩散、迁移、对流等多种传输机制的耦合，其中钒离子的迁移与对流不但与浓度梯度驱动力有关，与电场驱动作用也紧密相关。由于膜两侧H+浓度不等，因而在开路情况下，膜/电极界面上的“Donnan”电位跳跃和离子浓度梯度变化会诱导电解质朝着低离子势方向移动，发生电渗透对流。

抑制钒离子的渗透有利于提高离子导电膜的选择性，因此，通过了解钒离子的渗透机理进一步阻碍钒离子的渗透过程尤为必要。

2.2氢离子的跃迁

在液流电池离子导电膜上导电率的高低非常重要，它决定了VFB的电压效率，而导电率取决于质子的传输。在VFB离子导电膜上主要通过“Grotthuss”机制实现质子的传输：离子导电膜内部相邻的分子或基团形成大规模的氢键网络，质子与水分子形成的水合氢离子在化学势驱动下通过氢键网络跳跃到下一个邻近的分子或基团,完成了质子的迁移和传递。如图3所示，通过在具有内部交联氢键网络的多孔膜孔壁上引入部分悬挂的亲水性三甲胺（TMA）基团可以构建连续的离子传输通道，其中水合氢离子能够通过“Grotthuss”机制沿着通道传输。在Zr-MOFs基膜中，丰富的-OH基团、-COOH基团和配位/吸附的水分子可形成丰富的氢键网络结构加快质子传输。

利用酸或碱可以实现质子化提高膜的导电率。弱碱性叔胺基团具有固有的不共享孤对电子，可以通过配位键结合一个质子，因此在酸性电解质化学势的驱动下表现出高质子传导性，从而提供良好的离子电导率。此外，提高聚合物磺化度有利提高膜的电导率，例如通过提高磺化度可以加强磺化聚酰亚胺(SPI)膜的质子电导率，但该SPI膜表现出较弱的化学稳定性和微弱的质子选择性，限制了VFB的寿命和能量效率。在VFB当中，由于电解液呈酸性且有强氧化性，因此电池隔膜需具有高化学稳定性，而聚合物的结构决定了膜的化学稳定性，氢键结构不仅能提高质子的传导，还可以加强膜的化学稳定性。此外，电解液不断循环冲刷要求隔膜必须具有较强的机械强度。因此，在平衡离子选择性和导电率的同时，不可避免的要考虑离子导电膜在电解质中的稳定性。

3、强化离子选择性策略

3.1离子导电膜性能改性

无机纳米粒子（NPs）掺杂到聚合物基质中会产生交联或者氢键结构，这会对钒离子交叉和导电性能带来一定影响。无机填料会使聚合物基质的亲水域变得更小，致使以水合离子形式通过膜的粒子减少，抑制了钒离子的交叉，提高选择性。如在SPEEK基质中掺杂氧化钨（WO3）不但能增大导电率还可以大大抑制钒离子的渗透率，其原因在于具有曲折跨膜路径的“动态交联”体积密度随着WO3浓度增大而增加，从而形成了钒离子交叉的天然屏障，从而有效抑制了因膜膨胀引起跨膜穿透“块状水域”的形成。然而，NPs的掺杂会导致膜的面积电阻增加，为了能兼顾钒渗透的抑制与膜电阻的减小，Zhang等将硫酸氧化锆（SeZrO2）掺杂到磺化聚醚砜（SPES）中，在SeZrO2的超强酸性下质子传输增强，同时SeZrO2颗粒充当钒离子迁移的屏障抑制离子的交叉。

此外，由于膜的透过性会随填料类型及其与聚合物基质之间相互作用不同发生明显的改变，故采用一些特殊结构的填料进行孔填充可以有效的提高离子选择性，同时还能大幅降低VFB膜的成本。如：采用具有角共享(SiO4)4-四面体和(TiO6)8-八面体的微孔钛硅酸盐-10(ETS-10)作为填充料时，八面体配位钛骨架中的每个钛离子需要两个平衡阳离子来保持电中性，这就会让阳离子的跨膜传输更容易，从而使得导电率被大幅提高；且由于水合钒离子的粒径较大，会被具有较小平均孔径ETS-10填料层所阻挡，从而使得钒离子的跨膜渗透率被降低。而且，填料离子簇传输通道的尺度也是影响钒离子的渗透率的决定性因素传输通道过大则钒离子交叉污染较为严重，传输通道过小会导致VFB的导电率变差。Ahn等将磺化聚

亚芳基醚酮（SP）填入多孔聚四氟乙烯（PTFE）基材中，由于PTFE微孔的限制作用使得SP分子无法自由流动，由此形成限域SP离子簇的尺度小于常规SP离子簇和Nafion117离子簇，使得VFB电解质离子传输通道较小，这就让绝大部分尺度略大的钒离子被阻滞，同时让尺度较小的质子顺利通过，从而利用SP离子簇填充PTFE框架形成物理屏障有效地提高了离子导电膜的选择性。

近年来的研究表明，分子结构相似的聚合物具有良好的相容性和互补性，将其共混制备VFB共混膜可以有效抑制钒离子渗透率并提高离子导电性。Dai等将亲水性两性离子Nafion-g-PSBMA基团引入到Nafion中制备共混型AIEM，使得膜内NR4+对钒离子和SO3-基团产生“Donnan”排斥效应，这就极大地提高了共混膜的吸水率、膨胀率、阳离子交换容量、离子电导率和选择渗透性等性质，由此共混膜在离子导电性和钒渗透性之间达到了最佳平衡。除此，通过聚合物共混还可以提高VFB膜的其它性能。如SPI/Nafion共混膜具有较低钒离子渗透性、良好的质子选择性和化学结构稳定性；SPEEK/PVDF/PES共混膜具有良好的化学稳定性、抗氧化性和机械稳定性，其中PVDF的高结晶度疏水性还可有效减少钒离子渗透性并减小膜溶胀。Nafion/SiO2杂化共混膜可以在保持离子交换容量和质子电导率不变的情况下进一步降低钒离子的渗透率。

3.2复合膜超薄设计

目前，为了平衡膜的离子选择性与导电性，通常将VFB膜设计为由高选择性薄膜顶层和多孔膜支撑层叠加形成的复合膜。然而，顶层厚度和孔密度的增加势必会导致膜面积电阻增加，从而严重影响到了VFB膜的导电性，故高导电性超薄型复合膜顶层的开发受到了广泛的关注。如图4(a)，Li将Nafion层涂在多孔PES-SPEEK基材上得到用于VFB的高选择性复合膜，其表面仅1μm的超薄Nafion选择层使得复合膜与无顶层PES-SPEEK的电阻相当，当质子以“Grotthuss”机制经由复合膜快速传输时可以获得良好的离子电导率；同时，钒离子受到Nafion层的阻碍，复合膜的钒渗透率仅为原始多孔膜的一半。另外，采用适宜的制备方法是大幅提高超薄复合膜的关键。如：通过自旋辅助LBL（层层自组装）方法制备的超薄微孔复合膜选择性层（平均孔径约5nm、膜厚约2μm）的钒渗透率降低了117倍。

如图4所示，采用亲水性有序结构材料作为选择层时可形成有利于离子传输的交联水通道，故超薄复合膜对跨膜离子具有很高的选择性。如图4(b)，近年来开发的由氧化石墨烯（GO）和乙二胺（EDA）合成的交联石墨烯骨架（GOF）就是一种典型的高选择性超薄型复合膜，这种厚度约为0.4μm的复合膜的渗透有效孔径约为5.9Å，从而很好地保证了电解质离子在跨膜传输时有很高的选择性，并且GO薄片之间的静电排斥力显著降低使得复合膜稳定性也得到了大幅提高。Yuan等合成的ZSM-35/PES-SPEEK沸石超薄型复合膜具有约0.5nm的渗透有效孔径，其中均匀的膜内传输通道和良好的类沸石亲水性使得复合膜的选择性比普通PES-SPEEK膜提高1000倍以上，同时保持了较高的质子电导率和能量效率（200mAcm-2的电流密度下可超过81%）。

综上，复合膜由于其顶层和支撑层的独立设计和高选择性的有序选择性层，具有非常广阔的前景。

3.3、内微观结构优化

离子导电膜内的微观结构对VFB离子传输影响很大，通过优化控制膜内相组织、孔隙率、平均孔径等对于提高跨膜传输选择性至关重要。Nafion膜具有典型的相分离结构，其中四氟乙烯（TFE）形成疏水主链，而磺酸侧链则构成亲水区，通过优化控制疏水性骨架与亲水区域的比例，不但可以达到高选择性的传输特性，还可以在长时间循环过程中实现了循环容量的稳定。

孔隙率的增加可以增强膜的溶胀和电解质的吸收，从而极大地提高离子导电率。近年来的研究表明，将聚合物溶剂添加到膜中可以有效调节膜纤维的孔隙率。如图5(a)，Lu等引入异丙醇（IPA）诱导PES/SPEEK共混膜的磺化基团重组后，IPA和SPEEK之间的强相互作用使得部分带电聚合物（SPEEK）链发生聚集，促使很多亲水离子簇填充孔隙，从而实现了孔隙率的调节。另外，对溶胀剂的摩尔浓度和溶胀时间进行调节，以实现膜溶胀度的精细化控制，也是调节离子导电膜孔隙率的有效手段。虽然高孔隙率有利于质子传导，但如果孔隙率变得太大，钒的渗透可能会增加。如图5(b)采用氯盐诱导相分离可以将膜由指状孔隙转换为海绵状孔隙，由此产生多重滞流屏障抑制钒离子渗透，且孔内的硫酸和质子化的氮为质子传输提供了有利条件，从而通过调控膜孔隙率实现膜选择性的调节。

众所周知，钒离子比电荷平衡离子体积更大，因此孔径筛分作用是抑制钒离子交叉的一种重要途径。

通常，钒离子会与水结合形成尺度更大的水合钒离子，如若将离子导电膜的平均孔径设计在水合钒离子的有效直径以下，则可有效保证绝大部分钒离子的跨膜传输在膜的分选作用下被阻碍。如：通过聚合诱导微相分离（PIMS）工艺将聚乙烯纤维转换为交联嵌段聚合物膜，以实现磺化多孔复合材料（SPC）纳米孔径的精准控制，可有效提高Nafion212膜的质子传导率并保证了更低的钒渗透率。此外，具有高孔隙率和有序孔径的MOF基材料是一种优良的膜分选促进剂，MOF中有机配体的灵活选择和桥键长度的调节，使得膜的分选孔径可根据溶液中电解质的离子类型和跨膜传输工况进行调节，从而实现质子跨膜传输的高选择性。Xin等采用Zr-MOF材料制备MOF-801/MOF-808复合膜应用于VFB，研究表明孔径较小的MOF结构可以强化钒离子的排斥并促进质子的传输，从而极大地提高了膜的分选能力和质子电导率。虽然，小孔径能够阻碍钒离子的扩散，但也会增加面积电阻使导电率下降，目前学界多采用超薄选择层加载于多孔膜基材表面来解决这一问题，如：将交联聚酰胺添加到多孔PES/SPEEK膜的表面以提高离子选择性。

因此，通过新型聚合物和材料调整相分离结构、孔隙率以及孔径大小为实现膜的高选择性、导电率、稳定性提供了可能途径。

3.4离子基团功能化

导电基团是质子转移主要载体，膜内官能团可通过产生有序的酸碱对和质子跳跃位点促进低势垒质子转移，故将离子导电膜微观结构进行功能化处理可有效提高质子导电率。酸基导电基团可通过解离H+以提供额外的质子，由于酸基所提供的质子具有10-2~10-1S/cm的高电导率，因而高酸基团是一种优良的高电导率载体。相应地，碱基导电基团可作为质子受体，它通过“先结合H+后释放H+”的方式完成质子转移，但碱基与H+之间的静电力使H+难以解离，其导电能力比酸基弱(<10-2 S/cm)[75]。酸碱基在静电相互作用下组装形成酸碱对。在质子对中，质子可通过“Grotthuss”机制在连接的酸基和碱基之间直接转运。在酸碱对形成界面处，质子输运通道由丰富的氢键网络和相互连接的质子通道组成，同时质子对之间的静电相互作用（即库仑力）会促进质子化/脱质子化以及质子运输，通过降低质子传导的焓变，酸碱对会以低能垒的方式输运质子。

酸碱对的形成可以减低电池膜的溶胀和吸水率，低溶胀比可以抑制电池膜上钒离子的渗透。He等合成了一种含三氟甲基（-CF3）、侧链型磺酸（-SO3H）和苯并咪唑（BZ）的氟化酸碱磺化聚酰亚胺膜（s-fSPI）应用于VFB的研究表明，侧链型-SO3H和质子化BZ之间的酸碱对为质子传输提供了更多通道，如图6(a)所示，同时BZ产生的“Donnan”效应阻碍了钒离子的渗透。酸碱对的形成方式各有不同，通常磺酸基与季铵基通过静电强相互作用形成酸碱对，而叔胺基与磺酸基是以氢键的弱相互作用形成酸碱对，结构如图6(b)所示。此外，非成键胺基在酸性介质中也可以被质子化，并通过“接受质子-释放质子”的方式促进质子传导，同时由于溶胀比降低和“Donnan”效应阻碍钒的渗透。Qian等采用溶液共混法制备了SPEEK/SPAES共混膜，如图6(c)，膜内-SO3-基团和氮基基团之间形成酸碱对，不仅抑制了钒离子的交叉，而且为质子迁移提供了狭窄的传输通道。由于-SO3-基团导电性能较好，因此成为酸碱对中大部分酸性基团的选择，Pang等通过密度泛函理论（DFT）发现，酯氧原子的吸电子效应使硫酸酯基团的质子结合能比磺酸基团低27 kJ/mol，从而提高了其质子解离能力和反应活性，这也为酸碱对在电池膜中提供更多的选择。

综上所述，酸碱对有利于提高电池膜的导电性，同时抑制钒离子的渗透，但碱基的碱性较强的话，会中和膜的酸性，阻碍质子的传导，因而碱性基团的选择很重要。除了磺酸基以外，硫酸酯基具有更好的质子解离能力，选择合适的碱基对其制备新型电池膜有重要意义。

4、结语

随着新能源的开发与利用，VFB作为大规模储能设备具有良好的发展前景。离子导电膜作为VFB的关键组件之一，在整个系统运行中起着至关重要的作用。目前市场上商业化程度最高仍然是Nafion系列膜，但其成本过高，且钒离子渗透是导致VFB自放电及容量衰减的原因。研究人员从离子导电膜的材料和结构等方面寻求提高选择性的方法。比如膜的改性、复合膜超薄设计、膜的微观结构优化以及离子基团功能化等方法可以有效抑制钒离子的交叉同时保持较高的导电率。但目前离子选择性与导电率之间的平衡问题仍未从根本上得到解决，为了能够提高VFB膜选择性并增强导电率，未来可以从以下几个方面开展深入的研究。

（1）VFB离子导电膜中质子传导方式主要是“Grotthuss”机制，利用该质子传导方式构建氢键网络结构加强离子导电膜的导电率是不错的研究方向。

（2）相比于离子交换膜，多孔离子导电膜具有更稳定的性能，相转化法、控制结晶法、凝胶固定法等多种方法也为制备高选择性、高导电率、低成本的离子导电膜提供了更多的方向和思路。

（3）膜的厚度不仅影响钒离子渗透，同时对离子导电率起到了重要影响。超薄复合膜具有高离子选择性和导电率，是今后值得关注的研究方向。不过同时实现材料的低成本才是替换Nafion的关键。

（4）通过分子动力学模拟分析电极内键能以及分子之间的相互作用已有相关研究，但是离子跨膜模拟分析相关研究的报道较少，如何基于理论研究来揭示离子跨膜过程，进一步探讨质子的传导过程以提高离子导电膜的高选择性和导电率值得探索。