“Thiol-ene” crosslinked polybenzimidazoles anion exchange membrane with enhanced performance and durability

高分子化学 电导率 氢氧化物 化学 化学工程 离子交换 降冰片烯 化学稳定性 材料科学 离子 聚合物 共聚物 有机化学 物理化学 生物化学 工程类
作者
Maolian Guo,Tao Ban,Yajie Wang,Xinxin Wang,Xiuling Zhu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:638: 349-362 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.01.137
摘要

To address the "trade-off" between conductivity and stability of anion exchange membranes (AEMs), we developed a series of crosslinked AEMs by using polybenzimidazole with norbornene (cPBI-Nb) as backbone and the crosslinked structure was fabricated by adopting click chemical between thiol and vinyl-group. Meanwhile, the hydrophilic properties of the dithiol cross-linker were regulated to explore the effect for micro-phase separation morphology and hydroxide ion conductivity. As result, the AEMs with hydrophilic crosslinked structure (PcPBI-Nb-C2) not only had apparent micro-phase separation morphology and high OH- conductivity of 105.54 mS/cm at 80 °C, but also exhibited improved mechanical properties, dimensional stability (swelling ratio < 15%) and chemical stability (90.22 % mass maintaining in Fenton's reagent at 80 °C for 24 h, 78.30 % conductivity keeping in 2 M NaOH at 80 °C for 2016 h). In addition, the anion exchange membranes water electrolysis (AEMWEs) using PcPBI-Nb-C2 as AEMs achieved the current density of 368 mA/cm2 at 2.1 V and the durability over 500 min operated at 150 mA/cm2 under 60 °C. Therefore, this work paves the way for constructing AEMs by introduction of norbornene into polybenzimidazole and formation of hydrophilic crosslinked structure based on "thiol-ene".
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