Modification strategies for non-aqueous, highly proton-conductive benzimidazole-based high-temperature proton exchange membranes

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作者
Yunfa Dong,Shijie Zhong,Yuhui He,Zhezhi Liu,Shengyu Zhou,Qun Li,Yashuai Pang,Haodong Xie,Yuanpeng Ji,Yuanpeng Liu,Jiecai Han,Weidong He
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier]
卷期号:35 (4): 109261-109261 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2023.109261
摘要

High-temperature proton exchange membranes (HT-PEMs) possess excellent thermal and outstanding electrochemical stability, providing an avenue to realize high-temperature proton exchange membranes fuel cells (HT-PEMFCs) with both superior power density and long-term durability. Unfortunately, polybenzimidazole (PBI), a typical material for conventional HT-PEMs, fails to compromise the high nonaqueous proton conductivity and high mechanical properties, thus hindering their practical applications. Achieving efficient nonaqueous proton conduction is crucial for HT-PEMFC, and many insightful research works have been done in this area. However, there still lacks a report that integrates the host-guest interactions of phosphoric acid doping and the structural stability of polymers to systematically illustrate modification strategies. Here, we summarize recent advancements in enhancing the nonaqueous proton conduction of HT-PEMs. Various polymer structure modification strategies, including main chain and side group modification, cross-linking, blocking, and branching, are reviewed. Composite approaches of polymer, including compounding with organic porous polymers, filling the inorganic components and modifying with ionic liquids, etc., are also covered in this work. These strategies endow the HT-PEMs with more free volume, nanophase-separated structure, and multi-stage proton transfer channels, which can facilitate the proton transportation and improve their performance. Finally, current challenges and future directions for further enhancements are also outlined.
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