Proton exchange nanohybrid membranes with high phosphotungstic acid loading within metal-organic frameworks for PEMFC applications

磷钨酸 质子交换膜燃料电池 电导率 化学工程 乙醚 材料科学 质子 化学 高分子化学 核化学 有机化学 催化作用 物理化学 生物化学 量子力学 物理 工程类
作者
Bei Zhang,Ying Cao,Zhen Li,Hong Wu,Yongheng Yin,Li Cao,Xueyi He,Zhongyi Jiang
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:240: 186-194 被引量:89
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2017.04.087
摘要

A novel approach to in-situ synthesize and encapsulate phosphotungstic acid into the cavity of MIL-101(Cr) using Na2WO4·2H2O and Na2HPO4 as precursors is presented to increase the acid loading content (31.4 wt.%). The phosphotungstic acid-encapsulating MIL-101(Cr) ([email protected]) is introduced in sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) to prepare SPEEK/[email protected] nanohybrid membranes for PEMFC applications. Due to the introduction of [email protected], proton-conducting nanochannels are constructed both in the cavity of MIL101 and at the interface between [email protected] and SPEEK. Meanwhile, due to the hygroscopicity of phosphotungstic acid, the membrane dehydration at elevated temperatures is alleviated. The proton conductivity at low relative humidity is remarkably enhanced. The nanohybrid membrane with 9 wt.% [email protected] exhibits proton conductivity of 272 mS cm−1 at 65 °C, 100% RH and 6.51 mS cm−1 at 60 °C, 40% RH, which are 45.5% and 7.25 times higher than those of pristine SPEEK membrane (187 mS cm−1 and 0.898 mS cm−1), respectively. The single H2/O2 fuel cell with SPEEK/[email protected] membrane acquires the power density of 383 mW cm−2 at 100% RH, which is 27.2% higher than that of pristine SPEEK membrane. The peak power density of SPEEK/[email protected] membrane at 55% RH is 2.97 times higher than that of pristine SPEEK membrane (79 mW/cm2).
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