Anion exchange membranes with dense N-spirocyclic cations as side-chain

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作者
Fang Hua Liu,Qian Yang,Xue Lang Gao,Hong Wu,Qiu Gen Zhang,Ai Mei Zhu,Qing Liu
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:595: 117560-117560 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2019.117560
摘要

To prepare anion exchange membranes (AEMs) with high performances, we tethered the as-synthesized oligomers with dense N-spirocyclic cations (NS) as the side-chain to poly(ether sulfone) (PES). The steric hindrance of spirocyclic structure and electron-donating effect of alkyl spacers significantly enhance the stability of cations in harsh alkaline and high hydration conditions. Correspondingly, the ionic exchange capacity (IEC) of PES–NS–10% only decreased by 13.8% and the conductivity remained 84.3% after being immersed in harsh environment (80 °C, 2 M NaOH) for 864 h. In addition, the high density of N-spirocyclic cations in the side-chain benefits the formation of clear microphase separation, as confirmed by atomic force microscopy (AFM) and transmission electron microscopy (TEM). The highest conductivity of 95.5 mS cm-1 was achieved by PES–NS–10% at 80 °C while the corresponding swelling ratio was only 7.69%. Furthermore, the single cell assembled with PES–NS–10% showed a peak power density of 110.1 mW cm-2 at 300 mA cm-2. Durability test of the single cell based on PES–NS–10% under 100 mA cm-2 also demonstrates that the as-prepared AEMs with NS have potential application for fuel cells.
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