Constructing Microporous Ion Exchange Membranes via Simple Hypercrosslinking for pH‐Neutral Aqueous Organic Redox Flow Batteries

微型多孔材料 离子交换膜 离子交换 化学工程 化学 流量(数学) 氧化还原 水溶液 离子 材料科学 无机化学 有机化学 机械 生物化学 物理 工程类
作者
Kang Peng,Chao Zhang,Junkai Fang,Hongyun Cai,Rene Ling,Yunxin Ma,Gonggen Tang,Peipei Zuo,Zhengjin Yang,Tongwen Xu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (37): e202407372-e202407372 被引量:47
标识
DOI:10.1002/anie.202407372
摘要

Ion exchange membranes (IEMs) play a critical role in aqueous organic redox flow batteries (AORFBs). Traditional IEMs that feature microphase-separated microstructures are well-developed and easily available but suffer from the conductivity/selectivity tradeoff. The emerging charged microporous polymer membranes show the potential to overcome this tradeoff, yet their commercialization is still hindered by tedious syntheses and demanding conditions. We herein combine the advantages of these two types of membrane materials via simple in situ hypercrosslinking of conventional IEMs into microporous ones. Such a concept is exemplified by the very cheap commercial quaternized polyphenylene oxide membrane. The hypercrosslinking treatment turns poor-performance membranes into high-performance ones, as demonstrated by the above 10-fold selectivity enhancement and much-improved conductivities that more than doubled. This turn is also confirmed by the effective and stable pH-neutral AORFB with decreased membrane resistance and at least an order of magnitude lower capacity loss rate. This battery shows advantages over other reported AORFBs in terms of a low capacity loss rate (0.0017 % per cycle) at high current density. This work provides an economically feasible method for designing AORFB-oriented membranes with microporosity.
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