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Phosphoric Acid Loss Mechanism of High Temperature Proton Exchange Membranes

磷酸 化学 聚合物 电解质 离子键合 无机化学 离子交换 高分子化学 氢氧化铵 氢氧化物 离子 有机化学 物理化学 电极 生物化学
作者
Albert S. Lee,Yoong‐Kee Choe,Ivana Matanović,Yu Seung Kim
出处
期刊:Meeting abstracts 卷期号:MA2019-01 (30): 1574-1574
标识
DOI:10.1149/ma2019-01/30/1574
摘要

High temperature-polymer electrolyte fuel cells (HT-PEMFCs) traditionally utilize phosphoric acid-doped polybenzimidazole as proton exchange membrane. 1 However, the retention of phosphoric acid within polymer matrix has been pointed out as one of the most critical factors that affect HT-PEMFC durability. Previously, we reported a new HT-PEMFC system in which a quaternary ammonium-functionalized polymer imparted a stronger ionic interaction which we deemed “ion-pair coordination” with phosphoric acid compared with that of polybenzimidazole, 2 giving rise to improved water tolerance. In this study, we use a combination of 31 P NMR and DFT computations to compare the ionic interactions between representative small molecule organic bases, benzimidazole or tetramethylammonium hydroxide, with phosphoric acid and water. Based of these results, we propose a new phosphoric acid loss mechanism in which the strongly interacting ion pairs can increase the phosphoric acid partition composition towards accommodating more phosphoric acid for better phosphoric acid retention. References Li, J.O. Jensen, R.F. Savinell, N.J. Bjerrum, Prog. Polym. Sci. , 2009 , 34, 449-477. -S. Lee, J.S. Spendelow, Y.K. Choe, C. Fujimoto, Y. S. Kim, Nature Energy , 2016 , 1, 16120-16124.

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