Poly(arylene alkylene)s functionalized with perfluorosulfonic acid groups as proton exchange membranes for vanadium redox flow batteries

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作者
Amirreza Khataee,Hannes Nederstedt,Patric Jannasch,Rakel Wreland Lindström
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:671: 121390-121390 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2023.121390
摘要

With the aim to develop vanadium redox flow battery (VRFB) membranes beyond state of the art, we have in the present work functionalized poly(p-terphenylene)s with highly acidic perfluorosulfonic groups and investigated their performance as proton exchange membranes (PEMs). Consequently, two poly(p-terphenylene alkylene)s tethered with perfluoroalkylsulfonic acid and perfluorophenylsulfonic acid, respectively, were synthesized through superacid-mediated polyhydroxyalkylations and cast into PEMs. Compared with Nafion 212, the PEM carrying perfluorophenylsulfonic acid groups (PTPF-Phenyl-SA) was found to exhibit higher ionic conductivity and eight times lower vanadium (IV) permeation rate. The latter explains the longer self-discharge duration of the VRFB based on the PTPF-Phenyl-SA. In addition, the VRFB assembled with the PTPF-Phenyl-SA PEM exhibited a high average coulombic efficiency of 99.6% for over 100 cycles with a capacity fade of 0.24% per cycle, which was 50% lower than when Nafion 212 was used. More importantly, excellent capacity retention was achieved through electrochemical rate performance experiments at different current densities.
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