La membrana bipolare, un tipo di membrana a scambio ionico, è considerato il materiale cardine per la tecnologia a emissioni zero. È composto da uno strato di membrana anodica e catodica, e uno strato di idrolisi intermedio. Sotto polarizzazione inversa, le molecole d'acqua nello strato intermedio producono OH ^- e H ⁺ per polarizzazione.

La produzione su larga scala della membrana è ostacolata dai diversi coefficienti di espansione degli strati anodico e catodico, rendendo i due strati facili da delaminare. Oltretutto, i catalizzatori intermedi più utilizzati sono piccole molecole o di transizione, che sono instabili e inefficienti.

In uno studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura, un team guidato dal Prof. Xu Tongwen e dal Prof. Wu Liang dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS) ha adottato un'idea di crescita in situ per costruire una membrana stabile ed efficiente.

Nei loro precedenti studi sulle membrane bipolari, i ricercatori hanno sviluppato lo strato di membrana anodica e catodica del substrato di polifenilene etere per risolvere il problema dei diversi coefficienti di espansione, e ha preparato una serie di strutture di strati catalitici intermedi per affrontare il secondo problema. Però, per l'applicazione industriale, sono necessarie ulteriori ricerche poiché la caduta di pressione di idrolisi è troppo elevata per la produzione su larga scala.

Perciò, i ricercatori hanno costruito uno strato intermedio di idrolisi stabile regolando la posizione di crescita in situ all'interfaccia tra anodo e membrana del catodo, molecole di anilina aggregate, polimerizzato, e particelle di FeO(OH) incapsulate.

La rete di polianilina fornisce una forte adesione tra gli strati della membrana e realizza la fissazione e la dispersione uniforme delle particelle di FeO(OH). Le particelle di FeO(OH) di dimensioni uniformi forniscono siti attivi per l'idrolisi e promuovono la polarizzazione dell'acqua, rilasciando H ⁺ e OH ^- rapidamente sotto un campo elettrico.

Questa membrana di nuova sintesi supera la corrispondente membrana commerciale giapponese Neosepta BP1 negli aspetti del voltaggio iniziale della dissociazione dell'acqua, stabilità ad alta densità di corrente e capacità di generare acido e alcali per idrolisi.

Per di più, i ricercatori hanno sviluppato tecniche di stampaggio con diritti di proprietà intellettuale indipendenti. La linea di produzione su larga scala è in costruzione.