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

质子交换膜燃料电池 质子 电导率 质子输运 聚合物 材料科学 化学 分析化学(期刊) 化学工程 复合材料 物理 工程类 有机化学 物理化学 生物化学 量子力学
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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