Effect of phosphoric acid-doped polybenzimidazole membranes on the performance of H+-ion concentration cell

磷酸 兴奋剂 材料科学 热稳定性 化学工程 功率密度 质子交换膜燃料电池 电导率 能量转换效率 化学 有机化学 光电子学 物理化学 功率(物理) 工程类 物理 冶金 量子力学 生物化学
作者
Ting Qu,Ji‐Xiang Hu,Qiang Tan,Yan Liu,Yuanzhen Chen,Junjie Sun,Yongning Liu
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:46 (5): 4354-4364 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2020.10.223
摘要

H+-ion concentration cell, which can harvest thermal energy to generate electricity by hydrogen concentration difference principle with a fuel cell structure, is an innovative thermoelectric conversion device. In this system, phosphoric acid-doped polybenzimidazole (PA-doped PBI) membrane is a key component influencing the power generation performance of the cell. Herein, 30, 45, 60, 75, and 90 μm thick PBI membranes are successfully synthesized and doped with phosphoric acid. To achieve a good compromise between the proton conductivity and durability, the properties of PA-doped PBI membranes are experimentally evaluated to clarify the effect of the acid doping time and membrane thickness on cell performance. The results indicate that the higher the acid doping level, the worse the dimensional stability of the membrane. Also the thinner the PBI membrane, the smaller the membrane resistance to ions motion, while the poorer the stability. Upon reaction at 170 °C, this cell can boast a power density from 3.0 to 8.0 W m−2, which results in a thermoelectric conversion efficiency of 5.97–14.32%. This study potentially boosts the practical application of thermal-to-electrical conversion technology.
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