Ion‐Selective Microporous Polymer Membranes with Hydrogen‐Bond and Salt‐Bridge Networks for Aqueous Organic Redox Flow Batteries

材料科学 氧化还原 水溶液 化学工程 微型多孔材料 氢键 盐(化学) 聚合物 无机化学 高分子化学 离子 有机化学 化学 分子 复合材料 工程类 冶金 生物化学
作者
Anqi Wang,Rui Tan,Dezhi Liu,Jiaxin Lu,Xiaochu Wei,Alberto Álvarez‐Fernández,Chunchun Ye,Charlotte Breakwell,Stefan Guldin,Anthony Kucernak,Kim E. Jelfs,Nigel P. Brandon,Neil B. McKeown,Qilei Song
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (12) 被引量:43
标识
DOI:10.1002/adma.202210098
摘要

Redox flow batteries (RFBs) have great potential for long-duration grid-scale energy storage. Ion-conducting membranes are a crucial component in RFBs, allowing charge-carrying ions to transport while preventing the cross-mixing of redox couples. Commercial Nafion membranes are widely used in RFBs, but their unsatisfactory ionic and molecular selectivity, as well as high costs, limit the performance and the widespread deployment of this technology. To extend the longevity and reduce the cost of RFB systems, inexpensive ion-selective membranes that concurrently deliver low ionic resistance and high selectivity toward redox-active species are highly desired. Here, high-performance RFB membranes are fabricated from blends of carboxylate- and amidoxime-functionalized polymers of intrinsic microporosity, which exploit the beneficial properties of both polymers. The enthalpy-driven formation of cohesive interchain interactions, including hydrogen bonds and salt bridges, facilitates the microscopic miscibility of the blends, while ionizable functional groups within the sub-nanometer pores allow optimization of membrane ion-transport functions. The resulting microporous membranes demonstrate fast cation conduction with low crossover of redox-active molecular species, enabling improved power ratings and reduced capacity fade in aqueous RFBs using anthraquinone and ferrocyanide as redox couples.
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