摘要：增加阴离子交换膜(AEMs)亲水段中柔性侧链阳离子的局部聚集度有助于改善膜材料的性能.然而,受结构设计策略和合成方法的限制,亲水链段局部含有四个以上柔性侧链阳离子结构的AEMs还鲜有报道.为有效提高AEMs的离子传导率、碱稳定性和尺寸稳定性,我们报道了一系列亲水链段局部含八个柔性侧链阳离子的聚芳醚砜AEMs.对所制膜材料(PAES-8TMA-x)的结构、离子交换容量(IEC)、吸水率、尺寸溶胀、碱稳定性和氢氧根电导率进行了研究分析,还系统比较了不同类型AEMs的结构与性能之间的关系.IEC值为1.76–2.76 mmol g^-1的AEMs表现出较全面的优良性能,其60℃时的氢氧根电导率在62.7–92.8 m S cm^-1,尺寸溶胀在8.3%–15.8%.代表性的PAES-8TMA-0.35样品,在90℃的2 mol L^-1Na OH中浸泡480 h后,IEC和氢氧根电导率分别可保持初始值的82.9%和79.6%.本研究工作延伸了局部含高密集柔性侧链阳离子结构AEMs的设计和制备方法,并为新型高性能AEMs材料的研制提供了新的策略.

摘要：为有效改善聚合物阴离子交换膜材料(AEMs)的性能,本研究在综合考虑聚合物结构、离子官能团种类及其链接方式对AEMs影响的基础上,设计制备了一系列含有柔性侧链型季鏻阳离子结构的新型聚芳醚腈(PAEN-TPP-x)阴离子交换膜.分别对所制聚芳醚腈阴离子交换膜的合成方法、结构和离子交换容量、吸水率、溶胀率、氢氧化物电导率及碱稳定性进行了系统研究,并与一些其他已报道的AEMs进行了比较研究,以进一步探索其结构与性能之间的关系.研究发现所制备的含有柔性侧链型季鏻阳离子结构的聚芳醚腈阴离子交换膜具有良好的综合性能.在60℃下,它们的吸水率、溶胀率和离子传导率分别为11.6%–22.7%,4.4%–7.8%和28.6–45.8 mS cm^-1.与此同时,该类AEMs还表现出良好的碱性稳定性,其中代表性样品PAEN-TPP-0.35在2 mol L^-1NaOH溶液中、60和90℃下浸泡480 h后的OH-传导率分别保持在其初始值的82.1%和80.6%.本研究可为高性能聚合物阴离子交换膜材料的设计制备和改性提供新的思路和方法.

摘要：离子传导率和选择性是全钒液流电池隔膜的两项核心性能指标.本文基于乌尔曼偶联反应设计合成含八苯甲基的双酚单体,然后依次将其聚合、溴甲基化、季铵化制得一系列密集季铵化型阴离子交换膜(QA-OMPFEKs).产物QA-OMPFEK-20 (离子交换容量IEC=1.66 mmolg^(-1))的室温SO_4^(2-)传导率为9.62 mScm^(-1),明显高于参照样品QA-TMPFEK-40 (IEC=1.73 mmolg^(-1))的4.82 mScm^(-1).这归因于QA-OMPFEK-20经小角X射线散射所证实的离子聚集型结构.此外, QA-OMPFEK-20的钒离子渗透率(1.24×10^(-14)m^2s^(-1))明显低于QATMPFEK-40 (5.40×10^(-13)m^2s^(-1))和Nafion N212 (5.36×10^(-12)m^2s^(-1)),从而使其全钒液流电池的库伦效率和能量效率最高.可见,乌尔曼偶联反应是合成高性能全钒液流电池阴离子交换膜的有效路径.

摘要：阳离子基团的分布对阴离子交换膜的微观相态和阴离子传导率有显著的影响.为开发全钒液流电池用高性能阴离子交换膜,本文通过向含有二甲胺基团的氟化聚芴醚前驱体接枝含阳离子烷基链的方式,合成了具有相似离子交换容量的一系列侧链多阳离子型氟化聚芴醚.实验结果表明,多阳离子侧链的引入能促进微观相分离的形成并提升阴离子传导率.同时,侧链季铵盐离子间的链段原子数可以通过膜的吸水率影响阴离子传导率.具有6个C原子间隔链段的侧链双阳离子DQA-PFE-C6表现出最高的阴离子传导率与选择性.以DQA-PFE-C6为隔膜组装的全钒液流电池在250 mA cm^-2下测得最大能量密度239.80 mW cm^-2,远优于以Nafion^TM 212为隔膜的全钒液流电池.可见,合理的侧链结构设计是提高全钒液流电池用阴离子交换膜性能的有效化学方法.