Robust and high-conductivity poly(biphenyl-co-terphenyl pyridine) copolymers for high temperature proton exchange membrane fuel cell applications

三联苯 联苯 共聚物 质子交换膜燃料电池 电导率 材料科学 单体 化学工程 高分子化学 化学 聚合物 物理化学 有机化学 生物化学 工程类
作者
Ruixuan Lv,Shuo Jin,Ting Wang,Xinquan Cheng,Bo Zhao,Jingshuai Yang
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:65: 855-863 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.04.029
摘要

High temperature proton exchange membrane (HT-PEM) is a core component for high temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs). Although phosphoric acid (PA) doped polybenzimidazole (PBI) membranes are widely applied in HT-PEMFCs, the synthetic procedure is rather tough and the carcinogenic monomer should be used. Thus, it is of significance to obtain cheaper and easily prepared HT-PEMs with moderate physicochemical properties and good fuel cell performance. Herein, using a straightforward Friedel-Crafts reaction between 4-acetylpyridine, biphenyl and para-terphenyl, a series of poly(biphenyl-co-terphenyl pyridine) copolymers (Co-x%BP-y%TP) are developed. The obtained Co-x%BP-y%TP membranes exhibit excellent capability of absorbing PA owing to the existence of pyridine units in polymers, and meanwhile PA absorption capacity of membranes increase with the increased percentage of the biphenyl moiety in copolymers. Through immersing in 85 wt% PA at 100 °C, the Co–25%BP-75%TP membrane achieves a PA uptake of 274%, displays a moderate tensile strength of 4.7 MPa and possesses a high conductivity of 0.099 S cm−1 at 180 °C. Consequently, under 200 °C and no backpressure condition, the peak power density of the H2–O2 cell equipped with Co–25%BP-75%TP/274%PA membrane reached a high value of 773 mW cm−2, demonstrating a big potential to be operated in HT-PEMFCs.
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