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Polybenzimidazole dendrimer containing triazine rings-based high-temperature proton exchange membranes with high performances over a wide humidity range

材料科学 电导率 质子导体 质子 热稳定性 高分子化学 复合材料 化学工程 化学 有机化学 物理化学 量子力学 电解质 物理 工程类 生物化学 电极
作者
Peng Sun,Zihan Xia,Zhongfang Li,Ziwei Fan,Fengqi He,Qiang Liu,Xiaoyan Yin
出处
期刊:Materials Today Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:23: 100653-100653 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.mtchem.2021.100653
摘要

A high-temperature proton exchange membrane with high proton conductivity over a wide humidity range still remains a challenge. PBI dendrimer containing triazine rings (TPBI) was synthesized to approach this aim considering its high content of hygroscopic terminal groups and of larger free volume. A novel proton conductor previously synthesized (zirconium 3-sulfopropyl phosphonate, ZrSP) was doped due to its good proton conductivity over a wide humidity range. TPBI was post-crosslinked with a tetrafunctional epoxy resin (N,N,N′,N′-tetraglycidyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, TGDDM) to enhance the mechanical stability at low cross-linking degrees, which allowed high doping levels of ZrSP, and thus, high conductivity. The prepared membranes (TPBI-TGDDM/ZrSP) showed good thermal stability, high proton conductivity over wide humidity range, and good dimensional stability. At suitable degrees of branching, TPBI-TGDDM/ZrSP exhibited superior mechanical property, oxidative stability, methanol barrier property, and membrane selectivity than its linear analog (mPBI-TGDDM/ZrSP). As ZrSP instead of PA was applied as the proton conductor, TPBI-TGDDM/ZrSP showed good durability of proton conductivity, especially in comparison with TPBI-TGDDM/PA, which highly retarded decline in conductivity caused by PA leaking. The proton conductivity at 180 °C of TPBI(20)-TGDDM(10)/ZrSP(50) achieved 142, 84.2 and 23.6 mS cm−1 at 100%, 50%, and 0 RH, respectively.
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