Alkaline Stability of Anion-Exchange Membranes.
Alkaline Stability of Anion-Exchange Membranes.
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DOI：
10.1021/acsaem.2c03689
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发表时间：
2023-01-23
影响因子：
6.4
通讯作者：
Dekel, Dario R.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Willdorf-Cohen, Sapir;Zhegur-Khais, Avital;Ponce-Gonzalez, Julia;Bsoul-Haj, Saja;Varcoe, John R.;Diesendruck, Charles E.;Dekel, Dario R.
关键词：
最近，耐用阴离子交换膜燃料电池（aemfc）的开发力度越来越大，因为它们具有使用低成本、可持续组件的潜力。然而，阴离子交换膜（AEMs）中季铵（QA）阳离子基在细胞运行过程中的分解仍然是一个主要的挑战。人们提出了许多不同的QA类型和功能化聚合物，它们在强碱性水溶液中具有较高的AEM稳定性。我们之前开发了一种非原位技术，可以在模拟AEMFC低水化条件的环境中测量AEM的碱性稳定性。然而，该方法要求AEMs可溶于DMSO溶剂，因此可以使用1H核磁共振（NMR）监测分解。我们现在报告了这种非原位协议的扩展，以光谱测量不溶性AEMs的碱性稳定性。利用拉曼光谱研究了辐射接枝（RG）聚乙烯共四氟乙烯（ETFE）基聚乙烯苄基三甲基铵（ETFE- tma）和聚乙烯苄基三乙基铵（ETFE- tea） AEMs的稳定性以及它们的真实OH -电导率和离子交换容量（IEC）的变化。研究了由聚苯乙烯-乙烯基氯化苄无规共聚物与N，N,N ',N ' -四乙基-1,3-丙二胺（TEPDA）组成的交联聚合物。结果与我们之前基于qa型模型小分子和可溶性聚（2,6-二甲基苯基氧化物）（PPO）聚合物的研究结果一致。我们的工作提出了一种可靠的非原位技术来测量燃料电池和水电解槽中AEMs的真实碱性稳定性。
Recently, the development of durable anion-exchange membrane fuel cells (AEMFCs) has increased in intensity due to their potential to use low-cost, sustainable components. However, the decomposition of the quaternary ammonium (QA) cationic groups in the anion-exchange membranes (AEMs) during cell operation is still a major challenge. Many different QA types and functionalized polymers have been proposed that achieve high AEM stabilities in strongly alkaline aqueous solutions. We previously developed an ex situ technique to measure AEM alkaline stabilities in an environment that simulates the low-hydration conditions in an operating AEMFC. However, this method required the AEMs to be soluble in DMSO solvent, so decomposition could be monitored using 1H nuclear magnetic resonance (NMR). We now report the extension of this ex situ protocol to spectroscopically measure the alkaline stability of insoluble AEMs. The stability ofradiation-grafted (RG) poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene)-(ETFE)-based poly(vinylbenzyltrimethylammonium) (ETFE-TMA) and poly(vinylbenzyltriethylammonium) (ETFE-TEA) AEMs were studied using Raman spectroscopy alongside changes in their true OH– conductivities and ion-exchange capacities (IEC). A crosslinked polymer made from poly(styrene-co-vinylbenzyl chloride) random copolymer and N,N,N′,N′-tetraethyl-1,3-propanediamine (TEPDA) was also studied. The results are consistent with our previous studies based on QA-type model small molecules and soluble poly(2,6-dimethylphenylene oxide) (PPO) polymers. Our work presents a reliable ex situ technique to measure the true alkaline stability of AEMs for fuel cells and water electrolyzers.
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