Improving Alkali Stability of Anion Exchange Membrane by a Super Water‐Retention Strategy

材料科学 碱金属 离子交换 化学工程 理论(学习稳定性) 离子 无机化学 有机化学 计算机科学 化学 工程类 生物化学 机器学习
作者
Zhiwei Ren,Yun Zhao,Yangkai Han,Tao Wei,Jiaqi Sun,Zhilin Jiao,Xinyi Liu,Haitao Zhang,Zhigang Shao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.202423460
摘要

Abstract Designing highly stable anion exchange membranes (AEMs) is of vital importance for anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs). Herein, the study presents that elevating current density and reducing relative humidity can dramatically lower local hydration number (λ) of the cathode in AEMFCs and therefore result in the rapid degradation of AEMs. To address this issue, a water‐retention strategy has been proposed to alleviate the hydroxide attack. The crosslinked poly (aryl N‐silanylmethyl‐piperidinium) (Si‐TP‐100‐x) AEMs are prepared to increase the amount of bound water on cations by introducing hydrophilic Si─O bonds, and thus improving the alkali stability under low λ conditions. The Si‐TP‐100‐4 exhibits improved ex‐situ stability than the benchmark AEM in 2 m KOH‐MeOH solution (λ = 4) at 80 °C. The in situ cell tests demonstrate that the AEMFC with Si‐TP‐100‐4 can achieve a high peak power density of 1.32 W cm −2 and simultaneously offer lower voltage decay rate than the controlled experiment at 1000 mA cm −2 at 95 °C. The post‐mortem analysis of membrane‐electrode assembly further reveals that membrane and ionomer in cathode concurrently suffer from a significant degradation. This work provides an avenue for developing highly stable anion exchange polymers from the perspective of cation hydration.
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