Polyoxometalate-polymer nanocomposites with multiplex proton transport channels for high-performance proton exchange membranes

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作者
Gang Wang,Jialin Li,Liang Zhai,Xiang Li,Haibo He,Haikun Guo,Haibin Li,Chengji Zhao,Lixin Wu,Haolong Li
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:232: 109842-109842 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2022.109842
摘要

Multiplex ion channels play a critical role in life processes and are highly desired for advanced electrolytes due to the synergistic effect on ion transport. However, it is a challenge to integrate different types of proton transport channels in the same membrane system while keeping their intrinsic structural stability. Here, we report a facile strategy for the preparation of nanostructured polymer composite membranes with multiplex proton transport channels based on the supramolecular co-assembly of sulfonated poly(ether-ether-ketone) (SPEEK), poly(ether-ether-ketone)-grafted-poly(vinyl pyrrolidone) (PGP) and polyoxometalate H3PW12O40 (PW). The spherical ionic domains from SPEEK and the bicontinuous ionic domains from the electrostatically assembled PGP/PW components were fabricated in the membranes simultaneously, which co-construct the multiplex channels for proton conduction. The optimized membranes exhibit a high proton conductivity of ∼130 mS/cm and a high modulus of ∼4.3 GPa, which are ∼2.2 and ∼1.3 times higher than the pristine SPEEK, respectively. Furthermore, the direct methanol fuel cell performance based on these membranes is enhanced by 50.4% compared to SPEEK. This approach can provide a paradigm to design advanced polymer electrolyte membranes with highly efficient ion-conducting channels for energy applications.
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