journal article·2026-02

Synergistically Tailored Polyacrylonitrile‐Based Stable Proton Exchange Membrane for High‐Performance Vanadium Redox Flow Batteries

Prashant Kumar, Sweety Suhag, Prashant Upadhyay, Vinod K. Shahi, Vaibhav Kulshrestha

Small· Volume 22· Issue 9
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Abstract

ABSTRACT Long‐term stability and capacity retention are important parameters for a redox flow battery. Proton exchange membrane (PEM) is a key component that governs the performance of vanadium redox flow batteries (VRFBs). Here, a crosslinked PEM based on acrylonitrile, 4‐styrenesulfonic acid, and 2‐acrylamido‐2‐methyl‐1‐propanesulfonic acid terpolymer is synthesized via the free radical random copolymerization and subsequently crosslinked by hydrazine hydrate. The synthesized CPAN‐PEM‐x membranes exhibit a dual‐functional architecture, wherein the crosslinked nitrogen‐containing amidrazone linkages and hydrophobic PAN backbone serve as a physical barrier to suppress the vanadium ion crossover, while sulfonic acid groups significantly enhance proton conductivity and maintain the trade‐off. CPAN‐PEM‐2.5 membrane demonstrates excellent ion‐exchange capacity (IEC) (1.49 meq g −1 ), and ionic conductivity (10.49 × 10 −2 S cm −1 ) as well as low vanadium crossover (4.09 × 10 −7 cm 2 min −1 ) with high ionic selectivity (2.56 × 10 5 S min cm −3 ). VRFB performance of the CPAN‐PEM‐2.5 membrane demonstrates superior electrochemical efficiency, with a 98.60% coulombic efficiency, 76.08% voltage efficiency and 75.02% energy efficiency at 120 mA cm −2 for 350 charge–discharge cycles. Furthermore, the CPAN‐PEM‐2.5 membrane exhibits superior capacity retention (48.78% up to 175 cycles) and a higher peak power density (449.34 mW cm −2 ) compared to Nafion‐117. These findings establish the PAN‐based PEM as a durable and efficient candidate for a grid‐scale VRFB systems.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advanced battery technologies research · Membrane-based Ion Separation Techniques · Vanadium and Halogenation Chemistry

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

CSIR‐Central Salt and Marine Chemicals Research Institute Bhavnagar Gujarat India

Academy of Scientific and Innovative Research (AcSIR) Ghaziabad India

Department of Polymer and Process Engineering Indian Institute of Technology Roorkee Saharanpur Uttar Pradesh India

References (90)

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