Ultra-thin, mechanically durable reinforced sulfonated poly(fluorenyl biphenyl) indole proton exchange membrane for fuel cell

质子交换膜燃料电池 材料科学 电导率 离聚物 四氟乙烯 化学工程 高分子化学 复合材料 共聚物 化学 聚合物 生物化学 物理化学 工程类
作者
Vu Dong Thuc,Dukjoon Kim
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:694: 122393-122393 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2023.122393
摘要

Mechanically durable and highly proton-conductive proton exchange membrane (PEM) is a crucial component for PEM fuel cell (PEMFC). Herein, we report a facile method to fabricate poly(tetrafluoroethylene) (PTFE)-reinforced composite membrane based on sulfonated poly(fluorenyl biphenyl) indole ionomer (PTFE-SPFBI). The resultant reinforced membrane exhibits an ultra-thin and dense structure, leading to a reduced swelling ratio, exceptional mechanical durability (with over 200 % elongation at break), and high chemical stability, primarily attributed to the presence of PTFE support. The ultra-thin nature of the PTFE-SPFBI membrane, coupled with its superior proton conductivity, significantly contributes to its performance in fuel cells, achieving a maximum power density of 778 mW cm−2. Notably, this reinforced membrane exhibits remarkable endurance in open-circuit voltage (OCV) test, demonstrating its ability to sustain operation for more than 500 h at 90 °C and 30 % relative humidity. Overall, our work introduces a straightforward and promising approach for the fabrication of high-performance pore-filling PEMs using hydrocarbon ionomers, emphasizing enhanced durability and proton conductivity.

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