A strategy for disentangling the conductivity–stability dilemma in alkaline polymer electrolytes

电解质 聚合物 化学 电导率 离子电导率 聚电解质 化学工程 化学稳定性 高分子化学 电化学 电极 有机化学 物理化学 生物化学 工程类
作者
Jing Pan,Yao Li,Juanjuan Han,Guangwei Li,Lisheng Tan,Chen Chen,Juntao Lu,Lin Zhuang
出处
期刊:Energy and Environmental Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:6 (10): 2912-2912 被引量:165
标识
DOI:10.1039/c3ee41968a
摘要

Alkaline polymer electrolytes (APEs) are a new class of polyelectrolytes enabling the use of nonprecious metal catalysts in electrochemical devices, such as fuel cells and water electrolyzers. However, the current development of APEs is facing a severe difficulty, the conductivity–stability dilemma. Specifically, to acquire high ionic conductivity, the polymer backbone has to be grafted with enough cationic functional groups, typically quaternary ammonium (–NR3+), but such a modification in structure has damaged the chemical inertness of the polymer backbone and induced degradation in an alkaline environment. Here we demonstrate a strategy for disentangling such a dilemma. To alleviate the damage to the polymer backbone, we reduce the grafting degree (GD) of functional groups, but design two cations on each grafted functional group so as to retain sufficient ion concentration. Such a seemingly simple change in structure has brought a notable effect in performance: not only can both high ionic conductivity and much improved chemical stability be achieved, but also the intermolecular interaction between polymer chains has thus been enhanced, rendering the resulting APE membrane much stronger in mechanical strength and highly anti-swelling in water even at 80 °C.
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