離子交換膜（IEMs）在燃料電池、液流電池等能源生產(chǎn)和存儲領域發(fā)揮著重要作用，但其大規(guī)模應用的主要障礙是膜的高成本。無膜技術是解決這一問題的有希望方法之一，因此受到了廣泛關注并進行了大量研究。

在此，天津大學胡文彬教授、吳忠副教授等人介紹了一種新型的無膜技術，其中“雙相系統(tǒng)”策略是重點。它是根據(jù)不混溶的原理形成穩(wěn)定的液-液界面，從而分離不同的活性分子。這種“雙相系統(tǒng)”電池由于靜態(tài)和穩(wěn)定的分相可以設計成大型設備進而用于大規(guī)模儲能，并且對催化劑的選擇性沒有要求，只要將活性分子分離形成電池即可。

此外，引入與水不同性質的非水相可在一定程度上避免水系電池中遇到的析氫反應（HER）、析氧反應（OER）等諸多問題，拓寬了電極材料（活性分子）的選擇范圍。作者詳細介紹了分相原理，并列出了各種雙相無膜氧化還原電池的種類和性能。此外，還總結了存在的問題、挑戰(zhàn)（如交叉污染、低功率性能等）及相應的對策，為無膜電池技術的發(fā)展提供了新思路。

圖1. 液-液無膜電池的種類及原理

作者描述的使用雙相策略消除膜的雙相電池是一種新的應用，且雙相系統(tǒng)在其他電池領域仍有重要應用：

1）雙相電池可以利用非水相的優(yōu)勢解決大多數(shù)金屬電池負極析氫的問題；

2）“雙相策略”也被用于光離子電池。光激發(fā)染料和猝滅劑 氧化還原對之間發(fā)生光反應，它們分別溶解在水相和有機相中且在液-液界面發(fā)生光電子轉移反應形成光離子電池，將太陽能轉化為電能；

3）在其他膜應用領域，雙相電池也具有相當大的應用潛力，如水電解制氫、電滲析、燃料電池等。

圖2. 分層無膜電池示意圖及其性能

到目前為止，無膜設計還存在各種缺陷，無法大規(guī)模使用。其中，雙相無膜氧化還原電池理論上是可擴展的、低成本的，最有可能用于大規(guī)模儲能。當然，除了上述之外，它在應用上還面臨著許多問題。水-離子液體電池中的離子液體粘度高、電導率低、成本高，而有機溶劑的使用面臨揮發(fā)性、易燃性等問題，仍需更多研究。