Nitrogen Dense Distributions of Imidazole Grafted Dipyridyl Polybenzimidazole for a High Temperature Proton Exchange Membrane

咪唑 氮气 质子 化学 化学工程 高分子化学 材料科学 有机化学 生物化学 物理 量子力学 工程类
作者
Qi Pei,Jianfa Liu,Hongchao Wu,Wenwen Wang,Jiaqi Ji,Keda Li,Chenliang Gong,Lei Wang
出处
期刊:Polymers [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (13): 2621-2621 被引量:15
标识
DOI:10.3390/polym14132621
摘要

The introduction of basic groups in the polybenzimidazole (PBI) main chain or side chain with low phosphoric acid doping is an effective way to avoid the trade-off between proton conductivity and mechanical strength for high temperature proton exchange membrane (HT-PEM). In this study, the ethyl imidazole is grafted on the side chain of the PBI containing bipyridine in the main chain and blended with poly(2,2′-[p-oxydiphenylene]-5,5′-benzimidazole) (OPBI) to obtain a series of PBI composite membranes for HT-PEMs. The effects of the introduction of bipyridine in the main chain and the ethyl imidazole in the side chain on proton transport are investigated. The result suggests that the introduction of the imidazole and bipyridine group can effectively improve the comprehensive properties as HT-PEM. The highest of proton conductivity of the obtained membranes under saturated phosphoric acid (PA) doping can be up to 0.105 S cm−1 at 160 °C and the maximum output power density is 836 mW cm−2 at 160 °C, which is 2.3 times that of the OPBI membrane. Importantly, even at low acid doping content (~178%), the tensile strength of the membrane is 22.2 MPa, which is nearly 2 times that of the OPBI membrane, the proton conductivity of the membrane achieves 0.054 S cm−1 at 160 °C, which is 2.3 times that of the OPBI membrane, and the maximum output power density of a single cell is 540 mW cm−2 at 160 °C, which is 1.5 times that of the OPBI membrane. The results suggest that the introduction of a large number of nitrogen-containing sites in the main chain and side chain is an efficient way to improve the proton conductivity, even at a low PA doping level.
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