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全钒液流电池中的隔膜是一种离子导电膜，位于每个单电池的中心。它用于分离单电池内部的正负电解液，防止活性物质相互混合产生“蹿液”和自放电，并允许特定离子的选择性转移，以确保电池内部电路的传导。
全钒液流电池的隔膜性能将直接影响电池的效率和寿命。一般来说，有这样的要求：高离子选择性、离子电导率、化学稳定性、机械强度等。
理论上可以选择阳离子交换膜、阴离子交换膜和多孔分离膜。其中，所述阳离子/阴离子交换膜具有负/正电荷基团，其可允许特定类型的阳离子或阴离子通过；多孔分离膜没有带电基团，通过离子半径进行筛选和保留。
目前，质子导电膜是全钒液流电池行业中应用最广泛的。它是一种技术成熟的阳离子交换膜。典型代表是杜邦公司生产的Nafion膜。它是一种全氟磺酸树脂，具有良好的化学稳定性和离子导电性，但离子选择性差，成本高（-美元/m2）。之后，人们试图修饰部分氟化聚合物碳链上的苯磺酰等离子体选择性基团，以制备部分氟化膜。离子选择性显著提高，但化学稳定性降低，需要辐射过程。
鉴于氟化树脂的高成本，人们转而研究和开发非氟化烃膜，一种是无孔无氟离子交换膜，另一种是多孔无氟分离膜。无孔无氟离子交换膜是在非氟聚合物上引入离子选择性基团，如磺化聚芳醚酮。其离子选择性和导电性良好，但其化学稳定性降低，并且在数百次循环后受到严重破坏。多孔无氟分离膜的典型代表是纳滤膜。表面没有带电基团，但分布着大量纳米孔，允许小半径的水合质子通过，而不允许大半径的水合钒离子通过。
目前，全氟磺酸树脂膜已开始被国产膜取代，而无氟膜的应用方兴未艾，这对降低电池系统成本具有重要意义。
