Freestanding covalent organic framework membranes with enhanced proton perm-selectivity for flow batteries

膜 共价有机骨架 共价键 流动电池 材料科学 化学工程 位阻效应 氧化还原 纳米技术 电导率 化学 电极 有机化学 冶金 物理化学 工程类 电解质 生物化学
作者
Jun Wu,Yixing Wang,Yulin Wu,Weiyi Xu,Jiaqi Wang,Siyao Li,Zhi Xu
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:687: 122091-122091 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2023.122091
摘要

Aqueous organic redox flow batteries (AORFBs) are attractive for energy storage applications, benefiting from the high safety and low cost. Covalent organic frameworks (COFs) with uniformly arranged rigid nanochannels are suitable for fabricating membranes implemented into AORFBs. However, most freestanding COF membranes are challenging to apply directly to flow batteries due to their insufficient mechanical strength. This work proposes a mechanochemistry-based method for fabricating freestanding COF membranes and a corresponding macromolecular suturing strategy to prepare membranes with excellent mechanical properties and enhanced proton conductivity. Through the steric hindrance effect of the introduced sulfonic acid group (-SO3H) functionalized chains, the ability of the membrane to block the crossover of redox couples is strengthened. Meanwhile, the –SO3H groups provide additional active sites, constructing a more continuous proton pathway. The optimized membrane exhibits a high voltage efficiency of 79.06% at 40 mA cm−2 and retains nearly 100% of its discharge capacity even after 100 cycles at 80 mA cm−2, outperforming the TpAzo membrane. This work offers a novel strategy to promote the utilization of COF membranes in flow battery applications.
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