Tunable multi-cations-crosslinked poly(arylene piperidinium)-based alkaline membranes with high ion conductivity and durability

芳烯 电导率 阳离子聚合 材料科学 化学工程 碱性燃料电池 聚电解质 高分子化学 离子交换 烷基 离子 化学 复合材料 聚合物 有机化学 物理化学 工程类 生物化学 芳基
作者
Nanjun Chen,Chuanrui Lu,Yunxi Li,Chuan Long,Ziming Li,Hong Zhu
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:588: 117120-117120 被引量:126
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2019.05.044
摘要

A practical polyelectrolyte system to improve the ion conductivity and lifetime of anion exchange membranes (AEMs) is a critical requirement for alkaline membrane fuel cells (AMFCs). Crosslinking is an effective approach to optimize the performance of AEMs. However, ordinary crosslinkers with a hydrophobic structure always make AEMs mechanically brittle. Herein, in response to the requirement of high-performance AEMs, a series of tunable multi-cation-crosslinked poly(biphenyl piperidinium) (PBP-xQ4) membranes were designed and prepared by embedding flexible cationic crosslinkers. The number of alkyl spacers between the cationic groups in the flexible crosslinkers were optimized to 5 and 6 to achieve optimum performance. These PBP-xQ4 membranes simultaneously have high ion conductivity (155 mS/cm at 80 °C) and good dimensional stability, and these membranes can be folded into many shapes. Besides, the crosslinking also promotes the alkaline stability of these membranes in 2 M NaOH at 80 °C: only a slight degradation is detected by 1HNMR after alkaline treatment for1800 h. All these impressive results in ion conductivity and durability are attributed to clear nanophase separation in PBP-xQ4 membranes. Moreover, the PBP-xQ4 membrane realizes a maximum power density of 234 mW/cm2 at 80 °C.
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