Cross-Linked Anion-Exchange Membranes with Dipole-Containing Cross-Linkers Based on Poly(terphenyl isatin piperidinium) Copolymers

材料科学 环氧乙烷 高分子化学 氢氧化物 三联苯 烷基 共聚物 聚合物 化学工程 有机化学 化学 生物化学 工程类 复合材料
作者
Lin Tian,Junmin Li,Qiao Liu,Wenli Ma,Fanghui Wang,Hong Zhu,Zhongming Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (34): 39343-39353 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acsami.2c08221
摘要

To balance the ionic conductivity and dimensional stability of anion-exchange membranes (AEMs), several cross-linked ether-free poly(terphenyl isatin piperidinium) copolymers were synthesized using 1,2-bis(2-aminoethoxy)ethane as a cross-linker. By introducing an alkyl diamine-based hydrophobic cross-linker as a control, the effects of the dipolar-molecule-containing cross-linker on the comprehensive performance of the membranes were investigated. Cation-dipole interactions between the cations and the hydrophilic ethylene oxide cross-linker enhance the self-assembly capability of the cationic groups. The introduction of the rotatable ethylene oxide cross-linker facilitates the flexibility of the cross-linked networks, thereby promoting hydrophilic/hydrophobic phase separation and inhibiting excessive swelling of the corresponding AEMs simultaneously. The resulting PTPBHIN-O19 membrane showed a high hydroxide conductivity (151.69 mS cm-1) and low swelling ratio (10.53%) at 80 °C. Furthermore, owing to the cross-linked structure and ether-free polymer backbone with high alkali resistance, the membranes treated in 3 M NaOH at 80 °C for 1600 h maintained ≥85% of their hydroxide conductivity, indicating excellent alkaline stability. A H2/O2 fuel cell based on the PTPBHIN-O19 AEM exhibited a maximum power density of 398 mW cm-2 at 515 mA cm-2.
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