胡喜乐Angew：用于阴离子交换膜燃料电池的支化聚(芳基哌啶)膜

Nanoyu

2021-12-14

阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）是一种很有前途的下一代燃料电池技术。AEMFC通常需要高导电性和坚固耐用的阴离子交换膜（AEMs），由于需要在导电性和吸水率之间进行权衡，因此开发AEMs是一项具有挑战性的工作。

近日，洛桑联邦理工学院胡喜乐教授，韩国汉阳大学Young Moo Lee报道了开发了一种简便的合成支化聚(芳基哌啶)AEMs的方法。

文章要点

1）研究人员利用三氟甲磺酸（TFSA）催化对三联苯（TP）、TPB和N-甲基-4-哌啶酮（TP）的缩聚反应，制备了中性支化聚(三苯基哌啶)（b-PTPA-x聚合物，其中x为1,3,5-三苯基苯（TPB）与芳基单体的摩尔比）。然后，以b-PTPA-x和碘甲烷为原料，通过MenShukin反应制备了阳离子支化聚(三苯基哌啶)（b-PTP-x）聚合物。

2）优化后的b-PTP-2.5膜具有较高的OH^-导电率（在80 ℃时,超过145 mS cm^-1）、较低的吸水率和膨胀率，以及良好的力学性能（拉伸强度>60 MPa，断裂伸长率>35%），同时该膜具有柔韧性，易于加工。此外，该膜在80 °C的1 M KOH中浸泡1500 h后仍完好无损。

3）基于这种膜的AEMFC在H₂-O₂中的PPD值高达2.3 W cm^-2，在H₂-Air中的PPD值高达1.3W cm^-2，是已知的AEMFC的最高值之一。这些AEMFCs可稳定运行500 h以上，且b-PTP-2.5膜在此过程中保持稳定。

研究工作展示了支化聚(三苯基哌啶)AEMs在AEMFC中的应用前景。此外，这种分枝策略可能适用于其他类型AEMs的开发。

参考文献

Xingyu Wu, et al, Branched Poly(Aryl Piperidinium) Membranes for Anion Exchange Membrane Fuel Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202114892

https://doi.org/10.1002/anie.202114892