Synthesis of poly N-aryl piperidinium membrane and ionomer for anion exchange membrane fuel cell applications

离聚物 芳基 高分子化学 离子交换 化学 燃料电池 离子 材料科学 化学工程 有机化学 聚合物 共聚物 生物化学 烷基 工程类
作者
Ramasamy Gokulapriyan,Beom Ho Kim,Subramanian Vijayapradeep,Subramani Manigandan,Iyappan Arunkumar,Dong Jin Yoo
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:700: 122692-122692 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2024.122692
摘要

Ether free backbones have recently attracted widespread attention in anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs). Here we report the synthesis of two poly N-aryl piperidinium (PNAP) membranes from their monomers by the polycondensation method using trifluoromethanesulfonic acid as a catalyst. Density functional theory identifies the chemical reaction, and the radial distribution function represents the interactions between a water molecule and a functional group of PNAP membranes. The performance of the anion exchange membrane can be enhanced by varying the monomer ratios of PNAP. An optimized PNAP-2 membrane exhibits a hydroxide conductivity of 183 mS cm−1 at 90 °C and PNAP-2 ionomers with Pt/C catalysts display a greater half-wave potential (E1/2) of 0.81 V and a lower Tafel value of 65 mV dec−1. In fuel cell tests, a PNAP-2 ionomer alongside a 60% platinum-on-carbon (Pt/C) membrane electrode assembly achieved a peak power density of 2.07 W cm−2. The PNAP-2 remained stable for more than 230 h at a constant current density of 0.3 A cm−2. PNAP-2 also displays exceptional resistance to alkaline conditions, lasting for more than 1000 h in both 1 M and 5 M NaOH solutions at 60 °C.
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