Mitigating cerium migration for perfluorosulfonic acid membranes using organic ligands

Nafion公司 化学 无机化学 电化学 化学工程 电极 生物化学 工程类 物理化学
作者
Tanya Agarwal,Ivana Matanović,Santosh Adhikari,Eun Joo Park,Siddharth Komini Babu,Yu Seung Kim,Ding Tian,Chulsung Bae,Oscar Morales‐Collazo,Joan F. Brennecke,Ajay K. Prasad,Suresh G. Advani,Allen Sievert,Timothy Hopkins,Andrew Park,Rod L. Borup
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:554: 232320-232320 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232320
摘要

Improving the electrochemical stability of proton exchange membranes is a pressing priority for heavy-duty fuel cell vehicles. The lifetime of the most widely used perfluorosulfonic acid membranes is limited by reactive free radicals generated inside the system. Cerium has been found to reduce the chemical degradation of the membranes. However, cerium migration during fuel cell operation limits the chemical durability enhancement effect expected from the radical scavenging activity of cerium. Here we investigate a wide range of organic immobilizers for cerium, measuring their suitability concerning cerium retention, radical scavenging activity, and fuel cell performance. We report that partially fluorinated phosphonic acids enhance cerium retention up to 45 times and reduce fluoride emission rate by 38% compared to the commercial Nafion™ XL membrane pre-impregnated with cerium. The energetics of cerium-phosphonic acid complex systems by density functional theory calculations rationalizes effective cerium immobilization.
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