習(xí)近平總書記指出，要夯實(shí)科技自立自強(qiáng)根基，培育壯大新動(dòng)能。在新能源儲(chǔ)能的關(guān)鍵領(lǐng)域——液流電池中，一種核心膜材料長(zhǎng)期被國(guó)外高價(jià)含氟膜壟斷，不僅成本高昂，其生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的“永久性”含氟污染物（PFAS）更對(duì)環(huán)境和健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
如今，這一困局被一支來自華東理工大學(xué)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)打破！該團(tuán)隊(duì)由10名研究生組成，成功研發(fā)出新一代高性能非氟多孔離子傳導(dǎo)膜，不僅性能全面超越國(guó)際主流產(chǎn)品，且成本低至進(jìn)口膜的1/16，更從源頭上杜絕了氟污染。更令人振奮的是，在學(xué)校和蘇州實(shí)驗(yàn)室的大力支持下，成功實(shí)現(xiàn)膜材料的規(guī)模化生產(chǎn)（年產(chǎn)5萬(wàn)平方米）。膜產(chǎn)品成功應(yīng)用于全釩、全鐵等多種液流電池體系，為國(guó)家能源綠色轉(zhuǎn)型提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。
“種子”萌芽：一部電影點(diǎn)燃綠色初心
團(tuán)隊(duì)的初心，源于2019年上映的電影《黑水》，片中關(guān)于全氟辛酸（PFOA）污染致癌的真實(shí)事件，引發(fā)廣泛關(guān)注。當(dāng)時(shí)仍在讀大學(xué)的段瑞丹同學(xué)深受震撼，“科技的發(fā)展絕不能以犧牲環(huán)境和生命健康為代價(jià)！”她調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，液流電池中廣泛使用的全氟磺酸膜（如Nafion膜）正是主要污染源之一，中國(guó)、美國(guó)及歐盟相繼發(fā)布了《禁氟令》以限制此類物質(zhì)的使用。更令她關(guān)注的是，我國(guó)離子膜行業(yè)長(zhǎng)期面臨“卡脖子”問題——不僅材料依賴進(jìn)口，成本高昂，技術(shù)也存在高傳導(dǎo)性與高選擇性難以兼得的瓶頸。
在選擇讀研導(dǎo)師和方向時(shí)，段瑞丹了解到華東理工大學(xué)徐至教授課題組在非氟分子篩膜領(lǐng)域深耕多年并有多項(xiàng)突破性成果。“這不正是從根源上解決了氟污染問題嗎？”希望的種子在那一刻悄然生根。帶著環(huán)保信念與技術(shù)追求，2023年，段瑞丹順利加入徐至教授團(tuán)隊(duì)，與志同道合的伙伴們集結(jié)成“膜法師”戰(zhàn)隊(duì)，決心向傳統(tǒng)含氟膜材料發(fā)起挑戰(zhàn)。
圖片說明：徐至教授課題組合照
“痛點(diǎn)”亮劍：瞄準(zhǔn)卡脖子，硬核破壟斷
為突破困局，團(tuán)隊(duì)從最基礎(chǔ)的材料科學(xué)原理中尋找答案，利用分子篩的規(guī)整孔道“物理篩分”替代傳統(tǒng)的“化學(xué)交換”。這聽起來簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)卻異常艱難：“孔徑控制精度夠嗎？”“離子傳輸速率怎么保障？”為此，團(tuán)隊(duì)展開了大量的調(diào)研和文獻(xiàn)研究，投入實(shí)驗(yàn)，晝夜不歇，歷經(jīng)500余次的配方調(diào)整和2000余次的性能測(cè)試。終于，第一片直徑40mm的非氟分子篩膜“完美小樣”誕生。
他們合成的新型非氟多孔膜性能優(yōu)異，相較于商業(yè)Nafion膜，導(dǎo)電性能提升2.7倍，活性物質(zhì)滲透率降至一半，制造成本不到Nafion膜售價(jià)的1/16，同時(shí)具備優(yōu)異的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，真正實(shí)現(xiàn)了“低成本、高性能、無氟環(huán)保”的突破。“科技的發(fā)展要始終立足于國(guó)家戰(zhàn)略需求，我們就是要堅(jiān)定發(fā)展國(guó)產(chǎn)非氟膜，打破壟斷！”徐至教授堅(jiān)定地說。
圖片說明：團(tuán)隊(duì)成員討論及徐至教授、莊林洲副教授指導(dǎo)照片
圖片說明：團(tuán)隊(duì)成員實(shí)驗(yàn)照片
放大“膜”力：600次調(diào)試淬煉產(chǎn)線真金
喜悅未落，新挑戰(zhàn)接踵而至：實(shí)驗(yàn)室成功的工藝，在中試放大時(shí)失效了！分子篩排布再次變得無序。“預(yù)想過困難，但結(jié)果出來還是會(huì)失落。”段瑞丹坦言。“中試放大與實(shí)驗(yàn)室不同，在流延成膜過程中納米材料易受重力沉降、團(tuán)聚等因素影響，導(dǎo)致膜的厚度、孔結(jié)構(gòu)、納米填料分布不均。”徐至教授指出問題的關(guān)鍵。
團(tuán)隊(duì)沒有氣餒，針對(duì)這一關(guān)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(fā)了“恒風(fēng)速變溫”連續(xù)化生產(chǎn)新工藝。為了找到最合適的溫度分布方式，團(tuán)隊(duì)連續(xù)72小時(shí)堅(jiān)守在生產(chǎn)車間，利用紅外熱成像儀捕捉到毫米級(jí)溫差帶，并據(jù)此優(yōu)化溫度控制方案。5個(gè)多月，600余次參數(shù)調(diào)試，3000余次性能測(cè)試，汗水澆灌出碩果——他們成功制備出工業(yè)規(guī)格（650mm寬幅）的非氟多孔膜！當(dāng)首卷金黃色薄膜滾落產(chǎn)線時(shí)，團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師莊林洲副教授感慨：“這卷膜上，刻著中國(guó)青年的志氣。”目前，非氟多孔膜已在上海電氣儲(chǔ)能、武漢巨安儲(chǔ)能、江蘇誠(chéng)翔新能源等多家企業(yè)開展應(yīng)用測(cè)試，在全釩、全鐵等液流電池中表現(xiàn)優(yōu)異，展現(xiàn)出廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，有望實(shí)現(xiàn)膜材料領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)替代和綠色升級(jí)。
圖片說明：小尺寸到大尺寸非氟多孔膜圖片
圖片說明：團(tuán)隊(duì)成員中試實(shí)驗(yàn)照片
“膜”力全開：綠色夢(mèng)想照進(jìn)產(chǎn)業(yè)未來
回顧整個(gè)研發(fā)歷程，團(tuán)隊(duì)成員丁健航感慨道：“工作量大、困難多，但能有這樣一次團(tuán)結(jié)拼搏、共同成長(zhǎng)的經(jīng)歷，非常難得。”目前，團(tuán)隊(duì)成員在Angewandte Chemie International Edition、AIChE Journal和Journal of Membrane Science等頂尖期刊發(fā)表一作SCI論文13篇，參與發(fā)表高質(zhì)量論文32篇，手握6項(xiàng)發(fā)明專利，并獲第十九屆“挑戰(zhàn)杯”上海市大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，向國(guó)賽全力沖刺！同時(shí)，團(tuán)隊(duì)也已直通中國(guó)國(guó)際大學(xué)生創(chuàng)新大賽校決賽。
談及未來，段瑞丹希望繼續(xù)攻讀博士學(xué)位，深耕膜科學(xué)領(lǐng)域。團(tuán)隊(duì)中即將畢業(yè)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(yè)，決心在新能源、新材料產(chǎn)業(yè)一線持續(xù)貢獻(xiàn)“膜”力。
“以創(chuàng)筑夢(mèng)”，是這支青年團(tuán)隊(duì)最真實(shí)的寫照。“雙創(chuàng)”的征程不僅激發(fā)了他們對(duì)知識(shí)的渴望，也顯著提升了專業(yè)素養(yǎng)與科研能力，更培養(yǎng)了敢闖敢拼的創(chuàng)新精神與團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。從課題到生活，從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)一線，這支學(xué)生“膜法師”團(tuán)隊(duì)用智慧與汗水施展著破解“永久污染”的綠色魔法，為祖國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，注入澎湃的青春動(dòng)能！
圖片說明：團(tuán)隊(duì)成員參賽照片