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

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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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