🤝 共同合作論文

Enhanced Fuel Cell Performance with Robust Pyridinium-Derivative-Functionalized SBS Triblock Copolymer Anion-Exchange Membranes

以堅固之吡啶衍生物功能化 SBS 三嵌段共聚物陰離子交換膜提升燃料電池性能

ACS Appl. Mater. Interfaces, 18 (2026) 6687–6700 (ACS Publications) | DOI: 10.1021/acsami.5c06877

作者：Beyadgalem Endawoke Anley, Yohannis Wondwosen Ahmed, Afandi Yusuf, Andy Candra, Sintayehu Leshe Kitaw, Tsung-Yun Wu, Chun-Chiang Huang, Jun-Sheng Wang, Darieo Thankachan, Mahvash Hira Khan, Yu-Ting Cheng, Chen-Hao Wang, and Hsieh-Chih Tsai*

📄 英文摘要

A series of polystyrene-block-polybutadiene-block-polystyrene (SBS) membranes functionalized with pyridinium derivatives (SBS-QA+py) were synthesized through free-radical chlorination of the polybutadiene segments. The resulting SBS-QA+py anion-exchange membranes (AEMs) exhibited controlled ion-exchange capacities (IECs), water uptake (WU), and optimized interionic separation, achieving a balance between hydration, dimensional stability, and mechanical integrity. Notably, the SBS-Qdpy2 AEM achieved a peak ionic conductivity of 101.23 mS cm⁻¹ at 80 °C and a peak power density of 398.14 mW cm⁻² in a H₂/O₂ flow single cell at 80 °C, surpassing previously reported SBS-based AEMs. The membranes also demonstrated excellent chemical durability in 1 M NaOH solutions over 30 days.

📄 中文摘要

本研究透過自由基氯化法（以 AIBN 為引發劑）對聚丁二烯段進行功能化，成功合成了一系列含吡啶衍生物之 SBS 陰離子交換膜（ SBS-QA+py AEMs）。此類膜展現了受控的離子交換容量（IEC）、吸水率（WU）與優化的離子間距，在水合度、尺寸穩定性與機械完整性之間達到良好平衡。SBS-Qdpy2 AEM 在 80 °C 下達到 101.23 mS cm⁻¹ 的峰值離子傳導率，並在 80 °C 的 H₂/O₂ 流動單電池中達到 398.14 mW cm⁻² 的峰值功率密度，超越所有已報導的 SBS 基 AEMs。此外，膜在 1 M NaOH 溶液中浸泡 30 天仍展現出色的化學耐久性。

🔬 五項核心重要發現

398.14 mW cm⁻² 峰值功率密度 @ 80 °C H₂/O₂ 單電池，為目前文獻中 SBS 基 AEMs 最高水準。

101.23 mS cm⁻¹ 離子傳導率 @ 80 °C（IEC: 1.72 mequiv g⁻¹），兼具高傳導與尺寸穩定性。

30 天鹼性耐久性：在 1 M NaOH 中浸泡 30 天仍維持穩定，突顯優異的鹼穩定性。

非共價堆疊交互作用：聚苯乙烯與吡啶片段之間的 π-π 堆疊顯著提升膜的機械完整性與尺寸穩定性。

精准調控 IEC 與微結構：控制離子交換容量與離子通道奈米結構，實現傳導率與機械強度之最佳化平衡。

📊 關鍵圖表

圖 1：SBS-QA+py AEM 膜之結構示意圖，展示聚丁二烯段經自由基氯化及吡啶衍生物功能化後的化學結構。

圖 2：SBS-Qdpy2 AEM 之離子傳導率與溫度關係圖，以及 H₂/O₂ 單電池極化曲線與功率密度曲線。