Mechanically flexible bulky imidazolium-based anion exchange membranes by grafting PEG pendants for alkaline fuel cells

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作者
Xiaojuan Zhang,Jiaqian Guo,Xiaomeng Chu,Changqing Fang,Yingda Huang,Lei Liu,Nanwen Li
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:659: 120820-120820 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120820
摘要

Imidazoliums with bulky substitutes are promising alternative cations for anion exchange membranes due to their superior stability under alkaline conditions. However, bulky imidazolium-based AEMs suffer from low conductivity as well as poor film-forming ability, and thus unfavorable fuel cell performance. Herein, we presented a strategy to graft hydrophilic and flexible polyethylene glycol (PEG) chains on the imidazoliums to prepare imidazolium-type AEMs. The resulting AEMs showed excellent film-forming ability with reasonable tensile strengths of 18.7 MPã31.8 MPa and high elongation at break of 21.2%–133.3%. Owing to the well-developed microphase-separated morphology and increased water uptake, the AEMs with a low ion exchange capacity of 0.95 meq./g displayed the hydroxide conductivity of 32.3 mS/cm at 20 °C. After immersion in 1 M NaOH at 80 °C for 1248 h, the initial conductivity was maintained by 37.1%–47.9%, and the degradation mechanism was explored by model imidazolium cations investigation. In addition, the Im-PEG-PPO-70 membrane having the highest conductivity was fabricated into membrane electrode assembly, exhibiting a peak power density of 179 mW/cm2 at 60 °C in a single H2/O2 alkaline fuel cell. A short-term life test on this MEA under 200 mA/cm2 showed a performance decay rate of 2.3 mV/h over 100 h of operation.
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