Anion exchange membrane with a novel quaternized ammonium containing long ether substituent

化学 电导率 取代基 聚砜 离子交换 三甲胺 化学稳定性 高分子化学 碱金属 电解质 无机化学 有机化学 离子 物理化学 生物化学 电极
作者
Naeem Akhtar Qaisrani,Lingling Ma,Jiafei Liu,Manzoor Hussain,LV Li,Panyue Li,Shoutao Gong,Fengxiang Zhang,Gaohong He
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:581: 293-302 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2019.03.054
摘要

The anion exchange membranes (AEM) is one of the key components for alkaline electrolyte membrane fuel cells. However, poor alkaline stability and conductivity of the membrane greatly hinders its practical application. Herein, we report a novel 4-(dimethylamino)butyraldehyde diethyl acetal (DABDA) quaternized polysulfone AEM, or PSf-DABDA, which shows improved conductivity and alkaline stability due to the better hydrophilicity and the electron donating effect imparted by the long alkyl substituent with two ether-containing moieties in the cation structure. Its room temperature conductivity reaches 21 mS/cm while that of trimethylamine (TMA)- and dimethylbutylamine (DMBA) quaternized AEMs with comparable ion exchange capacity (IEC) is 11.8 and 13.2 mS/cm, respectively. When treated 150 h in 1 M NaOH at 60 °C, the PSf-DABDA membrane experiences a slight conductivity decrease of 5% while the PSf-TMA and PSf-DMBA membranes with a comparable IEC suffer a more serious conductivity decay of 19 and 13.5%, respectively. The better alkali stability of PSf-DABDA over its counterparts is further confirmed by a density functional theoretical study and a structural characterization before and after the alkali treatment. Our work demonstrates the advantage of the DABDA cation by both experimental and computational study; it presents a new possibility of improving AEM conductivity and stability.
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