Interfacially Assembled Anion Exchange Membranes for Water Electrolysis

电解 离子交换 化学工程 离子交换膜 材料科学 离子 电解水 纳米技术 化学 电极 电解质 有机化学 工程类 生物化学 物理化学
作者
Hansoo Kim,Sungkwon Jeon,Juyeon Choi,Young Sang Park,Sung‐Joon Park,Myung-Seok Lee,Yujin Nam,Hosik Park,MinJoong Kim,Chang‐Soo Lee,Suk-Jin An,Jiyoon Jung,SeungHwan Kim,Jeong F. Kim,Hyun‐Seok Cho,Albert S. Lee,Jung‐Hyun Lee
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (47): 32694-32704 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c10212
摘要

High-performance and durable anion exchange membranes (AEMs) are critical for realizing economical green hydrogen production through alkaline water electrolysis (AWE) or AEM water electrosysis (AEMWE). However, existing AEMs require sophisticated fabrication protocols and exhibit unsatisfactory electrochemical performance and long-term durability. Here we report an AEM fabricated via a one-pot, in situ interfacial Menshutkin reaction, which assembles a highly cross-linked polymer containing high-density quaternary ammoniums and nanovoids inside a reinforcing porous support. This structure endows the membrane with high anion-conducting ability, water uptake (but low swelling), and mechanical and thermochemical robustness. Consequently, the assembled membrane achieves excellent AWE (0.97 A cm-2 at 1.8 V) and AEMWE (5.23 A cm-2 at 1.8 V) performance at 5 wt % KOH and 80 °C, significantly exceeding that of commercial and previously developed membranes, and excellent long-term durability. Our approach provides an effective method for fabricating AEMs for various energy and environmental applications.
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