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BMED运行时，在电场作用下离子进行定向迁移，当双极膜中的离子都迁向主体溶液时，中间层的水会解离产生H+和OH-对电流进行负载。
然而双极膜中发生的水解离现象不同于通常的水解离，研究者们对其解离的过程机理开展了大量的理论研究，但限于过程的复杂性，目前还没有达成统一的结论。根据水在双极膜中间层解离过程的不同，主要提出3种解释水解离机制的物理模型，见图 1。
SWE模型认为，在电场作用下，双极膜中间层（阴阳离子尖锐结合区）会因离子迁移而出现薄的无离子区域，认为水解离发生于此。H2O的解离跟弱电解质在高压条件下的解离过程相同，H+和OH-的产生速率为H2O的解离速率，解离常数与电压成正相关；
在SWE模型的基础上，为了解膜上荷电基团对水解离的影响，进一步提出化学反应模型（CHR），该模型认为由膜基质中的羧酸基、叔胺基和膜内的金属离子等影响水解离速率的现象可知，膜上固定基团通过质子化反应进行水解离产生H+和OH-，且解离更易发生在AEM侧；
为解释双极膜中间层较大的能量消耗，提出中和层模型（NL），结果发现，双极膜的AEM、CEM界面处存在中和层区域，水解离发生在电荷区和电荷与中和层区域的界面处。
以上提出的水解离物理模型具有一定的假设和适应范围，存在局限性。SWE模型仅适应电压为107~108 V/m的体系，且假设了双极膜中间层是尖锐结合而成的结构；CHR模型考虑了双极膜的实际结构和膜上荷电基团会使水发生解离，但无法解释与SWE模型计算出的数值间较大的差距；NL模型只能用于明显存在中和层的体系。
因此下一步要加深对双极膜水解离理论的研究，*水解离理论工作曲线，建立有实际应用价值的物理模型。对水解离机制的探索，有助于改善双极膜的制备工艺，优化双极膜性能。
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