设计高导电离子交换膜:调整域连续性与ABC块共聚体自组
Alexandra J Macbeth1, Danielle Markovich2, Abigail L Taylor1
1Department of Chemistry and Chemical Biology, Baker Laboratory, Cornell University, Ithaca, New York 14853-1301, United States.
Journal of the American Chemical Society
|May 5, 2025
概括
具有3D共连续结构的离子交换膜 (AEM) 显示出更好的性能. 这些先进的AEM为清洁能源应用提供了更高的稳定性和高导电性.
科学领域:
- 材料科学
- 聚合物化学
- 电化学
背景情况:
- 阳离子交换膜 (AEM) 对于燃料电池等清洁能源技术至关重要.
- 了解AEM形态与性能之间的关系是优化其功能的关键.
- 目前的AEM在平衡导电性,稳定性和水资源管理方面面临挑战.
研究的目的:
- 调查ABC三块制聚物AEM中的域连续性如何影响它们的性能.
- 探索形态学对氧化导电性,水吸收和尺寸稳定性的影响.
- 通过受控的聚合物自组装开发具有高导电性和耐久性的AEM.
主要方法:
- 通过对功能化norbornene单体进行受控的乙烯基添加聚合,合成高分子量ABCtriblock聚合物.
- 通过调整块长度比率来系统地改变聚合物形态,同时保持分子重量和离子交换能力 (IEC).
- 在溶液造膜中,在离子功能化之前和之后,对相形态的表征 (2D-lamellar与3D-co-continuous).
主要成果:
- 具有3D-co-continuous网络形态的AEM与具有2D-lamellar结构的AEM相比表现出更高的性能.
- 域连续性在很大程度上保留在阴离子功能化过程后.
- 在25°C时达到84 mS/cm,在80°C时达到131 mS/cm的竞争性导率.
- 在具有3D共连续域的AEM中证明了增强的维度稳定性.
结论:
- 自组装的ABCtriblock聚合物提供了一个强大的途径来调整AEM形态.
- 在AEM中实现高氧导电性和维度稳定性,三维共连续形态至关重要.
- 这项研究为设计下一代用于先进清洁能源设备的AEM提供了途径.
