Constructing High-Performance Proton Transport Channels in High-Temperature Proton Exchange Membranes by Introducing Triazole Groups

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作者
Jianfa Liu,Yan Wang,Lei Wang
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (9): 10263-10272 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acsaem.1c02173
摘要

Recently, constructing proton transport channels has been considered an effective method to improve proton conductivity of high-temperature proton exchange membranes (PEM) with low phosphoric acid (PA)-doping levels. To construct proton transport channels, a metal–organic framework (MOF) is introduced into a polymer matrix. However, the MOF has poor compatibility with the polymer matrix as an inorganic substance. In this study, organic triazole-grafted poly(vinylbenzyl chloride) is synthesized and introduced into a cross-linked OPBI membrane to construct proton transport channels. Scanning electron microscopy (SEM) images show a homogeneous microstructure. Furthermore, proton transport channels are constructed in the membrane by introducing numerous triazole groups. The cross-linked OPBI has twice the proton conductivity of the linear OPBI, even with a low PA-doping level. All cross-linked membranes with a triazole group outperform OPBI membranes in terms of mechanical properties. The maximum power density of a single-cell test reaches 563 mW cm–2 at 160 °C under H2/O2, and it can be maintained for 500 h under a constant load of current discharge without manifest voltage degradation. These impressive results indicate that the moderately cross-linked membrane with triazole groups is one of the potential materials for PEM applications.
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