Octopus-like side chain grafted poly(arylene piperidinium) membranes for fuel cell application
Octopus-like side chain grafted poly(arylene piperidinium) membranes for fuel cell application
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用于燃料电池应用的类章鱼侧链接枝聚（亚芳基哌啶）膜
DOI：
10.1016/j.memsci.2021.119529
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发表时间：
2021-10
影响因子：
9.5
通讯作者：
He Gaohong
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ma Lingling;Hussain Manzoor;Li Lv;Qaisrani Naeem Akhtar;Bai Lei;Jia Yabin;Yan Xiaoming;Zhang Fengxiang;He Gaohong
在聚芳撑哌啶碱性阴离子交换膜中引入章鱼状侧链，以提高膜的电导率和稳定性。这种类型的侧链由作为“章鱼头”的大体积刚性β-环糊精（β-CD）和作为“臂”的长柔性哌啶鎓离子液体组成。β-CD单元可以扩大AEM的内部自由体积，降低离子转运阻力;“臂”可以与相邻的亲水性离子基团和水相互作用，构建连续的离子转运通道。所制备的具有“章鱼”侧链的聚（联苯基哌啶鎓）AEM在离子交换容量（IEC）为1.29 mmol g− 1时表现出比不具有“章鱼”结构的聚（联苯基哌啶鎓）AEM更高的氢氧化物电导率（80 °C时为121.5 mS cm− 1）（57.4 mS cm−1），尽管后者具有更大的IEC（1.55 mmol g−1）。这种“章鱼”AEM在80 °C下在1 M NaOH中处理480 h后保留了87.2%的电导率。用这种“章鱼”AEM构建的碱性H2/O2燃料电池产生469 mW cm−2的峰值功率密度;电池电压在16小时运行期间可以保持85%。这项工作说明了“章鱼”侧链的优势，提高AEM性能。
Octopus-like side chains are introduced in poly(arylene piperidinium)-based alkaline anion exchange membranes (AEMs) to enhance the conductivity and stability. This type of side chain consists of a bulky rigid β-cyclodextrin (β-CD) as the “octopus head”, and long flexible piperidinium ionic liquids as the “arms”. The β-CD unit can enlarge internal free volume of the AEM to reduce ion transport resistance; the “arms” can interact with adjacent hydrophilic ionic groups and water, constructing continuous ion transport channels. The prepared poly(biphenyl piperidinium) AEM with “octopus” side chains at an ion exchange capacity (IEC) of 1.29 mmol g−1exhibits higher hydroxide conductivity (121.5 mS cm−1at 80 °C) than that without the “octopus” structure (57.4 mS cm−1) although the latter has a larger IEC (1.55 mmol g−1). This “octopus” AEM retains 87.2% of its conductivity after being treated in a 1 M NaOH at 80 °C for 480 h. The alkaline H2/O2fuel cell constructed with this “octopus” AEM produces a peak power density of 469 mW cm−2; the cell voltage can be maintained by 85% during 16 h operation. This work illustrates the advantage of “octopus” side chain for enhancement of AEM performance.
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