Fabrication of a Cation Exchange Membrane with Largely Reduced Anion Permeability for Advanced Aqueous K‐ion Battery in an Alkaline‐Neutral Electrolyte Decoupling System

电解质 阴极 水溶液 极限抗拉强度 化学工程 材料科学 离子交换 阳极 离子电导率 无机化学 电导率 离子 化学 电极 复合材料 有机化学 物理化学 工程类 生物化学
作者
Wenju Dong,Luping Li,Shuang Cheng,Longjun Huang,Lexuan Yang,Yuxiu Liu,Huan Yao,Chenxu Liu,Weizhen Liu,Xu Ji
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (6) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/smll.202205970
摘要

Herein, an efficient method to prepare sulfonated polyether ether ketone (SPEEK) based cation exchange membranes (CEMs) is developed, where polyethersulfone (PES) is used as an additive. The optimized membrane of 30 wt.%PES/SPEEK-M exhibits a rather low anion permeability and a high ionic conductivity of 9.52 mS cm-1 together with low volume swelling in water. Meanwhile, tensile strength of the membrane is as high as 31.4 MPa with a tensile strain of 162%. As separators for aqueous K-ion batteries (AKIBs) with decoupled gel electrolytes (Zn anode in alkaline and Prussian blue (FeHCF) cathode in neutral). Discharge voltage of the AKIB can reach 2.3 V. Meanwhile, Zn dendrites can be effectively suppressed in the gel anolyte. Specific capacities of the FeHCF cathode are 116.7 mAh g-1 at 0.3 A g-1 (close to its theoretical value), and 95.0 mAh g-1 at 1.0 A g-1 , indicating good rate performance. Capacity retention of the cathode is as high as 91.2% after 1000 cycles' cycling owing to the well remained neutral environment of the catholyte. There is almost no pH change for the catholyte after cycling, indicating good anion-blocking or cation-selecting ability of the 30 wt.%PES/SPEEK-M, much better than other membranes.
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