Anion exchange membranes with fast ion transport channels driven by cation-dipole interactions for alkaline fuel cells

化学 离子交换 氢氧化物 离子 电导率 侧链 聚乙二醇 水溶液 PEG比率 化学工程 无机化学 有机化学 物理化学 聚合物 工程类 经济 生物化学 财务
作者
Weisheng Yu,Jianjun Zhang,Xian Liang,Xiaolin Ge,Chengpeng Wei,Zijuan Ge,Kaiyu Zhang,Geng Li,Wanjie Song,Muhammad A. Shehzad,Liang Wu,Tongwen Xu
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:634: 119404-119404 被引量:73
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2021.119404
摘要

Polyethylene glycol (PEG)-grafted imidazolium-containing flexible-side-chain type anion exchange membrane (AEM) has been designed and fabricated for efficient anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs). The cation-dipole interactions between electronegative alkoxy and imidazolium drive the spontaneous self-assembly of the cationic side chains, thus boosting the formation of continuous ion-conducting channels with enhanced OH− conduction kinetic. The PEG's H-bonding with H2O molecules improves the hydrophilicity of the AEMs, thereby reducing the dependence of OH− transport on relative humidity (RH). Meanwhile, the alkaline stability of PEG-grafted AEMs has been improved since the electrostatic interactions reduce the electrophilicity of imidazolium for potential hydroxide attack. Compared with OBImPPO26-PEG0, the designed OBImPPO26-PEG0.5 (with 0.5% PEG grafts) membrane exhibits higher OH− conductivity (93.8 mS cm−1 vs. 80.9 mS cm−1, 80 °C) and conductivity remaining (80.4% vs. 51.0%, treated by 2 mol L−1 aqueous NaOH for 216 h at 60 °C). The peak power density of an H2/O2 single-cell employing OBImPPO26-PEG0.5 membrane reaches up to 407 mW cm−2 at 60 °C.
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