Dense 1,2,4,5-tetramethylimidazolium-functionlized anion exchange membranes based on poly(aryl ether sulfone)s with high alkaline stability for water electrolysis

芳基 电解 乙醚 碱性水电解 化学 离子电导率 电导率 离子交换 电化学 离子键合 离子 化学稳定性 高分子化学 无机化学 有机化学 电极 物理化学 电解质 烷基 生物化学
作者
Jiafeng Qian,Chenyi Wang,Xiaojing Zhang,Xiaoyan Zhao,Jian Li,Qiang Ren
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:48 (22): 8165-8178 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.11.258
摘要

Anion exchange membranes with enough alkaline stability and ionic conductivity are essential for water electrolysis. In this work, a class of anion exchange membranes (PAES-TMI-x) with dense 1,2,4,5-tetramethylimidazolium side chains based on poly(aryl ether sulfone)s are prepared by aromatic nucleophilic polycondensation, radical substitution and Menshutkin reaction. Their chemical structure and hydrophilic/hydrophobic phase morphology are characterized by hydrogen nuclear magnetic resonance (1H NMR) and atomic force microscope (AFM), respectively. The water uptake, swelling ratio and ionic conductivity for PAES-TMI-x are in the range of 23.8%–48.3%, 8.3%–14.3% and 18.22–96.31 mS/cm, respectively. These AEMs exhibit high alkaline stability, and the ionic conductivity for PAES-TMI-0.25 remains 86.8% after soaking in 2 M NaOH solution at 80 °C for 480 h. The current density of 1205 mA/cm2 is obtained for the water electrolyzer equipped with PAES-TMI-0.25 in 2 M NaOH solution at 2.0 V and 80 °C, and the electrolyzer also has good operation stability at current density of 500 mA/cm2. This work is expected to provide a valuable reference for the selection and design of cations in high-performance AEMs for water electrolysis.
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