Exploring highly soluble ether-free polybenzimidazole as anion exchange membranes with long term durability

脂环化合物 化学 溶解度 甲醇 氢氧化物 电导率 高分子化学 水溶液 离聚物 离子交换 乙醚 试剂 化学工程 无机化学 离子 有机化学 聚合物 生物化学 物理化学 工程类 共聚物
作者
Maolian Guo,Tao Ban,Yajie Wang,Yannan Wang,Yiyang Zhang,Jingsong Zhang,Xiuling Zhu
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:647: 120299-120299 被引量:73
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120299
摘要

A series of ether-free polybenzimidazoles (PBIs) containing alicyclic and aliphatic segments were synthesized for the application of anion exchange membranes (AEMs). The PBI-based AEMs prepared in this work (denoted as Pip-PBIs) possessed both high anionic conductivity and alkaline stability by grafting long alkyl chain 1-methylpiperidinium. Benefiting from the random arrangement of aromatic-alicyclic/aliphatic in backbone and their flexible spatial configurations, most Pip-PBIs showed significantly improved solubility in low boiling point solvents namely methanol and isopropanol, which could allow it as ionomer to improve the phase interface between catalyst and AEMs. Meanwhile, the flexible segments in backbone contributed to the formation of ion conductive channel, the Pip-PBI-C achieved the highest hydroxide ions conductivity of 108.8 mS cm−1 at 80 °C, and the conductivity could retain 82.9% after soaking in a 2 M aqueous NaOH at 80 °C for 1536 h. Furthermore, Pip-PBIs demonstrated well oxidation stability in Fenton's reagent (4 ppm FeSO4 and 3% H2O2). Moreover, the H2–O2 fuel cell using Pip-PBI-C as membrane achieved a high open circuit voltage of 1.0 V and a peak power density of 785.6 mW cm−2 at the current density of 1802.9 mA cm−2.
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