通過對(duì)輕度支化的PAP AEMs進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能表征，作者發(fā)現(xiàn)輕度支化后的AEMs特性粘度和密度相比于未支化的AEMs均得到顯著提高，同時(shí)隨著支化度的進(jìn)一步增加，特性粘度和密度發(fā)生一定程度的下降（表1）。輕度支化后的AEMs較高的特性粘度（4 dL g^?1）表示聚合物具有較高的相對(duì)分子質(zhì)量，同時(shí)意味著聚合物鏈段纏結(jié)的程度增加。作者進(jìn)一步對(duì)AEMs的自由體積參數(shù)進(jìn)行表征，結(jié)果表明特性粘度和密度隨著支化度的增加而下降的原因，和更多的剛性支化劑的引入有關(guān)，更多的支化單元使得聚合物網(wǎng)絡(luò)中自由體積增大。這種由輕度支化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來的聚合物鏈段纏結(jié)和自由體積效應(yīng)對(duì)AEMs的性能產(chǎn)生重要影響。

研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)AEMs的水管理性能進(jìn)行了測(cè)試表征，其中支化單元為0.5 mol%的AEMs（PTP/TPB-0.5%）在液態(tài)水和水蒸氣環(huán)境下均表現(xiàn)出合理的吸水率以及良好的耐溶脹性能，同時(shí)具有對(duì)濕度變化更好的響應(yīng)性和更快的水?dāng)U散系數(shù)（圖2）。輕度支化的AEMs實(shí)現(xiàn)了合理的吸水率/耐溶脹和快速的水傳輸，表現(xiàn)出優(yōu)異的水管理性能。已有報(bào)道中很少有從AEMs結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度實(shí)現(xiàn)燃料電池的有效水管理。

作者進(jìn)一步對(duì)AEMs的其他關(guān)鍵性能進(jìn)行了測(cè)試表征，其中氫氧化離子電導(dǎo)率在80 °C液態(tài)水中最高可達(dá)126.4 mS cm^?1，室溫下機(jī)械拉伸強(qiáng)度達(dá)到69 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到35%，在80 °C 1 M NaOH溶液中進(jìn)行堿性穩(wěn)定性測(cè)試60天后膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生顯著變化，在100 °C 1 M NaOH溶液中進(jìn)行堿性穩(wěn)定性測(cè)試30天后出現(xiàn)了離子基團(tuán)降解，但是老化后的膜仍然保持了優(yōu)異的機(jī)械性能，保留了約60%的初始電導(dǎo)率。

在H₂/O₂的AEMFCs測(cè)試中，通過提高操作溫度到100 °C同時(shí)施加100 kPa背壓，燃料電池的極限功率密度達(dá)到~2 W cm^?2，同時(shí)在大電流區(qū)域的傳質(zhì)問題得到有效解決，沒有出現(xiàn)電壓波動(dòng)等現(xiàn)象，這意味著100°C的高溫燃料電池達(dá)到了優(yōu)異的水平衡（圖3）。據(jù)作者了解，在目前已有的少量超過80 °C的陰離子膜燃料電池報(bào)道中，該研究首次實(shí)現(xiàn)了高功率密度輸出和優(yōu)異耐久性的雙贏。

該研究對(duì)輕度支化的AEMs的高溫陰離子交換膜燃料電池的研究，為開拓高溫陰離子交換膜燃料電池領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義，輕度支化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)證實(shí)了對(duì)AEMs的性能（尤其是膜的水管理性能）的有效調(diào)控，這種AEMs的化學(xué)微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了膜的高效水平衡優(yōu)勢(shì)，同時(shí)與高溫運(yùn)行相結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)陰離子交換膜燃料電池的簡(jiǎn)單、高效水平衡管理提供了科學(xué)方法和控制策略。