Structural architectures of polymer proton exchange membranes suitable for high-temperature fuel cell applications

聚合物 材料科学 质子交换膜燃料电池 热稳定性 化学工程 燃料电池 化学 复合材料 生物化学 工程类
作者
Junming Dai,Yu Zhang,Gang Wang,Yongbing Zhuang
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:65 (2): 273-297 被引量:27
标识
DOI:10.1007/s40843-021-1889-8
摘要

High-temperature proton exchange membrane (HT-PEM) fuel cells offer more advantages than low-temperature PEM fuel cells. The ideal characteristics of HT-PEMs are high conductivities, low-humidity operation conditions, adequate mechanical properties, and competitive costs. Various molecular moieties, such as benzimidazole, benzo-thiazole, imide, and ether ether ketone, have been introduced to polymer chain backbones to satisfy the application requirements for HT-PEMs. The most common sulfonated polymers based on the main chain backbones have been employed to improve the rties. Side group/chain engineering, includ crosslinking, has been widely applied to HT-PEMs to further improve their proton conductivity, thermal stability, and mechanical properties. Currently, phosphoric acid-doped polybenzimidazole is the most successful polymer material for application in HT-PEMs. The compositing/blending modification methods of polymers are effective in obtaining high PA-doping levels and superior mechanical properties. In this review, the current progress of various membrane materials used for HT-PEMs is summarized. The synthesis and performance characteristics of polymers containing specific moieties in the chain backbones applied to HT-PEMs are discussed systemically. Various modification approaches and their deficiencies associated with HT-PEMs are analyzed and clarified. Prospects and future challenges are also presented.
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