Supramolecular Interaction‐Driven Amorphization of Poly(aryl piperidine) Membranes for Enhanced Proton Conductivity

材料科学 超分子化学 膜 芳基 电导率 质子 哌啶 化学工程 高分子化学 结晶学 物理化学 有机化学 晶体结构 烷基 生物 物理 工程类 量子力学 化学 遗传学
作者
Qianqian Cheng,Zutao Sheng,Mingjie Li,Wenjing Ye,Sangshan Peng,Guang Zeng,Qing Guo He
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (23) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/aenm.202405436
摘要

Abstract Non‐fluorinated polymer membranes offer a commercially feasible solution for redox flow batteries (RFBs), yet their practical applications have been hampered by inherent challenges such as chemical instability and low ionic conductivity. In this study, the development of a series of ether‐bond‐free poly(aryl piperidine) membranes that address these limitations by introducing enhanced disorder in polymer chain packing through supramolecular interactions with organic acids, is presented. These interactions effectively disrupt densely packed polymer chains, transforming proton‐inaccessible crystalline regions into accessible amorphous ones. By eliminating chemically unstable aryl ether bonds and avoiding additional chemical modifications, these membranes exhibit remarkable long‐term chemical stability. The presence of abundant interchain gaps further facilitates rapid proton‐selective transport. As a result, the engineered membranes demonstrate sustained performance in vanadium RFBs, maintaining stable operation for over 1000 charge/discharge cycles, and achieving an impressive energy efficiency of 80% at a high current density of 280 mA cm−2. The combination of experimental data and theoretical modeling suggests that the membrane's outstanding performance arises from the interconnected and widely distributed interchain gaps, which exhibit a pore‐limiting diameter of ≈8 Å. These findings offer a robust design strategy for developing chemically stable, high‐performance non‐fluorinated membranes for RFBs and related energy conversion devices.
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