哥伦比亚大学工程学院研究团队正在开发一种可替代传统Nafion膜的新型电解槽膜材料，该技术有望显著降低电解水制氢过程中的环境影响。这项与Nel Hydrogen和Forge Nano公司的合作研究，致力于用不含全氟和多氟烷基物质(PFAS)的氧化物薄膜取代现有材料，从而消除电解槽中高达99%的永久性化学物质。

研究团队采用原子层沉积技术制备出厚度不足一微米的致密氧化物薄膜，较传统Nafion膜薄数百倍。项目负责人丹·埃斯波西托教授表示：“膜是电解槽的核心部件，它能够实现质子传输，同时将氢气和氧气分隔开来。如果膜失效，系统就无法工作，甚至可能变得危险。”这种新型电解槽膜虽然使用导电性较低的二氧化硅材料，但凭借其超薄特性实现了与商用膜相当的电阻值。

针对超薄膜易出现缺陷的技术难题，团队开发出脉冲电压电化学密封法。埃斯波西托解释道：“我们发现必须施加脉冲能量，而不是持续电流。如果采用连续电流，就会改变各处的pH值，最终导致堵塞物沉积在膜的正面。”实验室测试表明，经优化的新型电解槽膜氢气渗透率比Nafion膜低100倍，在安全性能方面表现突出。

目前该电解槽膜技术正从厘米级实验室样品向商业级原型过渡，研究团队已开始与工业伙伴合作推进规模化生产。随着全球对绿氢需求的持续增长，这项创新电解槽膜技术有望为可持续制氢提供更环保的材料解决方案。

更多信息：纳米塞阻断亚微米厚质子传导二氧化硅膜中的氢渗透，用于水电解，ACS Nano(2025)。期刊信息：ACS Nano