Highly Ion-Conductive and Alkaline Stable Anion Exchange Membranes Containing Bulky Aryl Units and Symmetric bis-Piperidinium Branches

膜 氢氧化物 芳基 电导率 单体 离子交换 高分子化学 化学 超强酸 乙醚 材料科学 化学工程 离子 无机化学 催化作用 有机化学 聚合物 烷基 物理化学 工程类 生物化学
作者
Jinming Ge,Taipu Chen,Xiaofeng Wan,Lingfeng Lu,Ziqiang Liu,Shucheng Sun,Yuanqin Zhu
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (6): 4554-4564 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsapm.3c00636
摘要

The challenge in developing high-performance anion exchange membranes (AEMs) involves achieving high ion conductivity while maintaining sufficient alkaline and mechanical stability. In this work, an aromatic monomer [bis(4′-(1,5-dibromopentan-3-yl)phenyl)-1,4-terphenyl (BBTP)] with a bulky aryl unit and symmetric dibrominated branches was first designed and synthesized. Then, BBTP was used to prepare aryl ether-free AEMs (QPTPDP- x -OH) via the superacid-catalyzed polyhydroxyalkylation and Menshutkin reactions. Due to the several structural advantages of BBTP, QPTPDP- x -OH membranes reached high hydroxide conductivity up to 161.5 mS cm –1 at 80 °C while maintaining good dimensional stability. Moreover, the membranes exhibited high alkaline stability with the conductivity retention above 80% after soaking in 5 M NaOH at 80 °C for 1200 h. In addition, QPTPDP-30-OH membranes achieved a peak power density of 407.8 mW cm –2 in H 2 –O 2 fuel cells at 60 °C. The design strategy used in this work provided insights into the development of next-generation AEMs with high performance.

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