Dense Hydrophobic Side Chains Enabling Poly(carbazole-isatin)-Based Anion Exchange Membranes with Both High Ionic Conductivity and Alkaline Stability

电导率 侧链 离子电导率 离子交换 化学工程 氢氧化物 化学 离子键合 离子 电流密度 化学稳定性 材料科学 共聚物 高分子化学 无机化学 渗透 燃料电池 离子运输机 耐久性
作者
Chenhe Yao,J Han,HL Wu,Yiting Liu (502161),Xurui Li,Qiang Weng,Xingming Ning (1427413),Zhongwei An,Pei Chen (252989),Xinbing Chen (810221)
出处
期刊: [Figshare (United Kingdom)]
标识
DOI:10.1021/acsapm.6c01096.s001
摘要

This study aims to develop an advanced anion exchange membrane that combines high ionic conductivity with long-term durability to facilitate the commercialization of fuel cells. A carbazole-isatin copolymer was designed and employed as the backbone to create a stable matrix. By adjusting the content of hydrophilic groups and incorporating densely packed hydrophobic side chains, the multidimensional properties of the membrane were systematically optimized. The membrane with high-density hydrophobic side chains showed a clear, ordered microphase-separated structure. Even with a relatively low ion exchange capacity of merely 1.43 mmol g–1, it still exhibited a hydroxide ion conductivity of 141.63 mS·cm–1 at 80 °C. Following accelerated aging testing in 2 M NaOH at 80 °C for 1608 h, the membrane retained 90.8% of its initial conductivity, indicating excellent resistance to alkaline degradation. When evaluated in H2/O2 single-cell tests at 60% relative humidity, the membrane achieved a peak power density of 557.25 mW·cm–2. Furthermore, during 80 h continuous operation at a constant current density of 100 mA·cm–2, the voltage decay rate remained minimal at only 0.545 mV·h–1, demonstrating excellent operational stability and promising potential for practical fuel cell application.
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