Branched Poly(arylene ether ketone sulfone)s with Ultradensely Sulfonated Branched Centers for Proton Exchange Membranes: Effect of the Positions of the Sulfonic Acid Groups

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作者
Yunji Xie,Di Liu,Anna Ringuette,Patrick Théato
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (20): 24517-24527 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.3c04153
摘要

Branched sulfonated polymers present considerable potential for application as proton exchange membranes, yet investigation of branched polymers containing sulfonated branched centers remains to be advanced. Herein, we report a series of polymers with ultradensely sulfonated branched centers, namely, B-x-SPAEKS, where x represents the degree of branching. In comparison with the analogous polymers bearing sulfonated branched arms, B-x-SPAEKS showed a reduced water affinity, resulting in less swelling and lower proton conductivity. The water uptake, swelling ratio (in-plane), and proton conductivity of B-10-SPAEKS at 80 °C were 52.2%, 57.7%, and 23.6% lower than their counterparts, respectively. However, further analysis revealed that B-x-SPAEKS featured significantly better proton conduction under the same water content due to the formation of larger hydrophilic clusters (∼10 nm) that promoted efficient proton transportation. B-12.5-SPAEKS exhibited a proton conductivity of 138.8 mS cm-1 and a swelling ratio (in-plane) of only 11.6% at 80 °C, both of which were superior to Nafion 117. In addition, a decent single-cell performance of B-12.5-SPAEKS was also achieved. Consequently, the decoration of sulfonic acid groups on the branched centers represents a very promising strategy, enabling outstanding proton conductivity and dimensional stability simultaneously even with low water content.
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