Fluorine‐Engineered Membranes Break the Conductivity‐Selectivity Trade‐Off in Aqueous Organic Redox Flow Batteries

选择性 氧化还原 水溶液 电导率 化学 化学工程 材料科学 纳米技术 无机化学 有机化学 催化作用 生物化学 物理化学 工程类
作者
Qinshan Zhu,Linhan Ni,Peng Kang,Jiaxin Liu,Wenbo Wu,Gaoshuang Liang,Zhenwei Zhang,Fangmeng Sheng,Peipei Zuo,Tongwen Xu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:137 (42)
标识
DOI:10.1002/ange.202510497
摘要

Abstract Ion exchange membranes constitute critical components in aqueous organic redox flow batteries (AORFBs), yet face a fundamental trade‐off. High‐ion‐affinity membranes achieve high conductivity but endure swelling‐induced low selectivity due to co‐uptake of water and organic active species. To address it, we develop a fluorine‐engineered polymer architecture strategy, demonstrated via fluorinated poly(arylene alkylene) anion exchange membranes. Fluorine incorporation 1) establishes interconnected ion channels with suppressed swelling, enabling competitive conductivity at low hydration ( λ < 4.5), and 2) simultaneously reduces redox‐active material affinity, yielding low permeabilities of, for example, 4.0 × 10 −12 cm 2 s −1 for methyl viologen, representing 50‐fold and 425‐fold lower permeability than those of fluorine‐free counterpart and commercial DSV membranes, respectively. The optimized membrane enables a pH‐neutral AORFB exhibiting a low‐capacity decay rate (0.00077% per cycle)–outperforming existing systems by 1–3 orders of magnitude. Our observations provide fundamental guidance for developing advanced membranes in electrochemical energy technologies.
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