Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Cationic Covalent Organic Frameworks as Anion Exchange Membranes for Electrochemical Energy Applications (COFFEE)

Alternativ tittel: Kationiske kovalente organiske rammer som anionbyttermembraner for elektrokjemiske energiapplikasjoner

Tildelt: kr 5,0 mill.

Begrunnelse: Anionbyttermembraner (AEM) forblir plaget av enten lav stabilitet i et alkalisk miljø eller lav ionisk ledningsevne. For å overvinne disse utfordringene kreves det nøye vurdering av den kjemiske strukturen til både polymerryggraden og den kationiske hodegruppen. Mål: COFFEE-prosjektet adresserer disse utfordringene ved å foreslå en ny klasse av AEM basert på kovalente organiske rammeverk (COFs) for å fremme forbedret membranstabilitet, konduktivitet og selektivitet. Potensielle bruksområder: Nøkkelapplikasjoner for COF-baserte AEM-er vil være AEM-vannelektrolysører og sink-luft-batterier. Effekt og potensielle fordeler: Utviklingen av holdbare, høyytelses AEM-er vil presse disse utviklingsteknologiene nærmere kommersiell levedyktighet. Den vellykkede kommersialiseringen av rimelige elektrolysator- og batteriteknologier vil bidra til utbredt bruk av fornybare energiløsninger og direkte støtte Europas reduksjonsmål for klimagassutslipp.

The COFFEE project seeks to combine research expertise across multiple areas of materials chemistry, to develop innovative anion exchange membrane (AEM) solutions for electrochemical energy conversion and storage technologies. This innovative project employs a bottom-up approach to membrane design that aims to overhaul the traditional AEM designs that rely exclusively on linear cationic polymers and instead develop an entirely new class of membranes based on covalent organic frameworks (COFs). By functionalizing the inside of the cyclic COF structures with cationic groups, we can provide hydroxide conductivity properties to the synthesized COFs. The functionalized COFs then undergo self-assembly to form highly ordered nanochannels, enabling ultrafast hydroxide ion transport through the COF structure. These highly ordered COF structures will then be embedded in a polymer matrix to form membranes with an optimal balance of ionic conductivity and mechanical stability. A key feature of the COFFEE project is the highly tunable nature of the membrane properties through the careful selection of the molecular building blocks used in the COF synthesis. By building up a library of molecular building blocks and understanding their influence on the structure-property-performance relationship of the final membranes, we will be able to successfully predict membrane properties and provide tailor-made membranes for a range of ion exchange membrane-based technologies. The versatility of our membrane design strategies will be demonstrated by producing membranes optimized for two separate electrochemical energy applications. As AEMs have gained significant research attention in the areas of electrolysis and solid-state batteries, we will focus our demonstration efforts on anion exchange membrane water electrolysis (AEMWE) and zinc-air battery (ZAB) technologies.

Budsjettformål:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale