Triptycene Branched Poly(aryl‐co‐aryl piperidinium) Electrolytes for Alkaline Anion Exchange Membrane Fuel Cells and Water Electrolyzers

三联烯 碱性燃料电池 芳基 电解质 化学 氢氧化物 催化作用 支化(高分子化学) 高分子化学 阴极 材料科学 无机化学 有机化学 物理化学 电极 生物化学 烷基
作者
Chuan Hu,Na Yoon Kang,Hyun Woo Kang,Ju Yeon Lee,Xiaohua Zhang,Yong Jun Lee,Seung Won Jung,Jong Hyeong Park,Myeong‐Geun Kim,Sung Jong Yoo,So Young Lee,Chi Hoon Park,Young Moo Lee
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (3) 被引量:34
标识
DOI:10.1002/anie.202316697
摘要

Abstract Alkaline polymer electrolytes (APEs) are essential materials for alkaline energy conversion devices such as anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs) and water electrolyzers (AEMWEs). Here, we report a series of branched poly(aryl‐co‐aryl piperidinium) with different branching agents (triptycene: highly‐rigid, three‐dimensional structure; triphenylbenzene: planar, two‐dimensional structure) for high‐performance APEs. Among them, triptycene branched APEs showed excellent hydroxide conductivity (193.5 mS cm −1 @80 °C), alkaline stability, mechanical properties, and dimensional stability due to the formation of branched network structures, and increased free volume. AEMFCs based on triptycene‐branched APEs reached promising peak power densities of 2.503 and 1.705 W cm −2 at 75/100 % and 30/30 % (anode/cathode) relative humidity, respectively. In addition, the fuel cells can run stably at a current density of 0.6 A cm −2 for 500 h with a low voltage decay rate of 46 μV h −1 . Importantly, the related AEMWE achieved unprecedented current densities of 16 A cm −2 and 14.17 A cm −2 (@2 V, 80 °C, 1 M NaOH) using precious and non‐precious metal catalysts, respectively. Moreover, the AEMWE can be stably operated under 1.5 A cm −2 at 60 °C for 2000 h. The excellent results suggest that the triptycene‐branched APEs are promising candidates for future AEMFC and AEMWE applications.
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