Sulfonated Polybenzimidazole Membranes: How Sulfonation Affects Properties, Stability, and Performance in Vanadium Redox Flow Batteries

材料科学 硫酸 Nafion公司 氧化还原 延伸率 电导率 化学工程 极限抗拉强度 高分子化学 复合材料 电极 电化学 物理化学 化学 冶金 生物化学 工程类
作者
Trung Tuyen Bui,Sung‐Min Park,Mingyu Shin,Muhammad Mara Ikhsan,Yongchai Kwon,Dirk Henkensmeier
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (30) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/aenm.202500440
摘要

Abstract Poly(4,4′‐diphenylether‐5,5′‐bibenzimidazole), OPBI, is sulfonated at different conditions to reach different degrees of sulfonation (DOS of 35, 54, 102, and 133%). The membrane with a DOS of 102% shows the most balanced properties. The tensile strength is 55 MPa and the elongation at break is 130%. Conductivity in 3 m sulfuric acid exceeds that of Nafion 212 (58 mS cm −1 ) and reaches 70 mS cm −1 . The resistance of a 23 µm thick membrane is 33 mΩ cm 2 , and energy efficiencies of 91.8% at 80 mA cm −2 and 90.4% at 100 mA cm −2 are achieved. OPBI showed the highest stability in contact with VO 2 + , because the ions cannot enter the membrane. Sulfonated OPBI swells more in sulfuric acid, and therefore has a lower stability. However, it is found that the stability increases with the DOS. This indicates that attack by VO 2 + occurs preferentially at positions that are activated for electrophilic aromatic substitution reactions.
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