一、结构与特性
二、在液流电池中的作用机制
2.1 离子选择性传导：
在电场驱动下，膜内亲水区域允许H⁺等小尺寸阳离子快速迁移，维持电荷平衡；同时，固定负电荷通过“Donnan排斥效应”阻隔阴离子（如SO₄²⁻）及多价金属阳离子（如V³⁺/VO²⁺），减少活性物质交叉。
2.2 物理隔离电解液：
膜作为致密屏障，分隔正负极电解液，防止高价态钒离子（如VO₂⁺与V²⁺）直接接触引发自放电，保障电池循环效率。
全氟磺酸离子交换膜的制备方法主要有以下三种：熔融挤出流延法、溶液浇注成型法、以及溶液钢带流延法。
3.1 熔融挤出流延法
-
原理：通过熔融挤出机将全氟磺酸树脂熔融并挤出，然后在流延机上冷却固化成膜。
-
优点：工艺成熟，适合大规模生产。
-
缺点：成膜后需要转型，且螺杆搅动可能对分子链造成损伤，影响膜性能。
3.2 溶液浇注成型法：
-
原理：将全氟磺酸树脂溶解在溶剂中，形成溶液后浇注在支撑体上，通过蒸发溶剂和固化得到膜。
-
优点：工艺简单，适合小规模或特殊需求的生产。
-
缺点：只能间歇生产，难以大规模连续化。
3.3 溶液钢带流延法：
-
原理：将全氟磺酸树脂溶液浇注在钢带上，通过控制钢带的速度和温度，使溶液在钢带上流延并固化成膜。
-
优点：可以制备较薄的膜，且膜的性能较为均匀。
△钢带流延法制备全氟磺酸膜流程图
四、应用现状与技术挑战
目前，应用在液流电池里全氟磺酸质子交换膜通常为50微米、60微米厚，全氟磺酸膜凭借高质子电导率（>0.1 S/cm）和长达数万小时的化学稳定性，主导钒液流电池商用市场。近年来市场规模持续扩大，2024年全球市场规模约为14.62亿美元（按销售额计）。
4.1 复合改性膜提升钒电池性能
江苏科润新材料生产的液流储能质子交换膜采用国内首创的双面辐射钢带延流法、超临界流体分散技术、ePTFE复合增强工艺。其树脂性能偏差控制在3%以内，应用于液流电池后能量效率提升3%。目前，科润离子膜产品已完全取代美国杜邦公司同类产品，国内市场占有率超70%。
今年2月，山西国润储能公开一项“多功能复合型全氟磺酸离子交换膜”的专利，此专利开发的复合膜以全氟磺酸树脂（60-90wt.%）为基体，添加功能化多壁碳纳米管（5-15wt.%）和磷钨酸（5-20wt.%），通过静电纺丝工艺锚定功能材料。该膜在质子电导率、钒离子阻隔性（降低渗透率）及机械强度上均优于传统Nafion膜，显著提升了全钒液流电池的库仑效率（>98%）和能量转化效率。
4.2 结构优化增强离子选择性
安徽海螺洁能通过含氨基芳香有机物支撑层涂覆全氟磺酸树脂，制备出兼具高离子选择性和机械性能的膜材料。该工艺简化了传统流程，提升了生产效率，应用后电池电性能显著优化。
此外，某专利技术通过分离全氟磺酸树脂的高/低分子量组分，分别制备A层（高结晶度，孔隙小）和B层（高分子量，机械强度高），形成AB复合结构。该膜在液流电池中表现出更高的离子选择性和库仑效率（提升5-8%），同时自放电率降低30%。
4.3 技术挑战
-
钒离子渗透问题：
尽管磺酸基团对V⁴⁺/V⁵⁺具有一定排斥性，但钒离子仍会通过膜内孔隙缓慢扩散，导致容量衰减（约每年3-5%）。
-
成本高昂：
全氟磺酸树脂合成工艺复杂，需经四氟乙烯共聚与磺化反应，膜生产成本占电池总成本的20-30%。
五、全氟磺酸膜材料相关布局企业
（以下根据地理位置排序，排名不分先后）
辽宁科京新材料有限公司
辽宁格瑞帕洛孚新能源有限公司
北京清驰科技有限公司
承德新新钒钛储能科技有限公司
东岳氟硅科技集团有限公司
山西国润储能科技有限公司
苏州科润新材料股份有限公司
苏州拓际新材料科技有限公司
浙江聚合储能科技有限公司
上海三爱富新材料股份有限公司
上海汉丞实业有限公司
康佛森工贸（上海）有限公司
安徽全柴动力股份有限公司（安徽元隽氢能科技股份有限公司）
武汉绿动氢能能源技术有限公司
赤壁云天新材料技术有限公司
四川东材科技集团股份有限公司
贵州聚能世纪科技有限责任公司
贵州志喜科技有限公司
广州瑞博新材料技术研究有限公司
美国杜邦
美国科慕
美国戈尔
索尔维
日本旭化成
AGC集团
... ...
以上为部分不完全企业，欢迎留言补充
