Highly Ion Selective Proton Exchange Membrane Based on Sulfonated Polybenzimidazoles for Iron–Chromium Redox Flow Battery

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作者
Yixin Wang,Kang Geng,Qian Tan,Tiegen Guo,Xu Hu,Hongying Tang,Lei Liu,Nanwen Li
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (12): 15918-15927 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c03471
摘要

The iron–chromium redox flow battery (ICRFB) has great potential for large-scale energy storage, due to its low capital cost of redox-active materials. However, the trade-off between conductivity and selectivity in the membranes limits its applications. Herein, a series of sulfonated polybenzimidazoles with exactly controlled sulfonation degree (SD) (S-PBI-x, x refers to SD) are designed and synthesized via direct copolymerization from the sulfonated monomer. Combined with the electrostatic repulsion of the formed imidazoliums, the S-PBIx membranes facilitate the proton transport and repel the redox-active ion crossover efficiently. Especially, when compared with Nafion 212 membrane, the S-PBI-100 membrane displays a comparable conductivity and more than an order of magnitude lower Fe3+ and Cr3+ permeabilities. Thus, a higher columbic efficiency (CE) of 98.2% and energy efficiency (EE) of 83.17% are achieved at 80 mA cm–2 for the corresponding ICRFB. Most importantly, no chemical degradation is observed for the S-PBI-100 membrane after in situ and ex situ stability tests.
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