Alkali-free quaternized polybenzimidazole membranes with high phosphoric acid retention ability for high temperature proton exchange membrane fuel cells

磷酸 无水的 化学 电导率 质子交换膜燃料电池 碱金属 无机化学 溶剂 化学稳定性 高分子化学 有机化学 物理化学 生物化学
作者
Donglin He,Guoliang Liu,Ailian Wang,Wenxi Ji,Jianing Wu,Haolin Tang,Weiran Lin,Taoyi Zhang,Haining Zhang
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:650: 120442-120442 被引量:86
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120442
摘要

Although phosphoric acid doped polybenzimidazole has been proposed as promising high-temperature proton exchange membrane, the poor absorption and immobilization ability of phosphoric acid in the membrane hinders its long-term stability. In this work, high-temperature proton exchange membranes with high phosphoric acid uptake and retention ability are fabricated thorough solvent casting of an alkali-free quaternized poly(4,4’-diphenylether-5,5’-bibenzimidazole) (OPBI), followed by doping of phosphoric acid. The optimized membrane with quaternization degree of 50% possesses a high acid-doping-level of 18.8 and an anhydrous conductivity of 85 mS cm−1 at 160 °C. Stability tests reveal that anhydrous proton conductivity remains unchanged during continuous 100 h treatment at 160 °C and it remains 91.7% of its initial value after 100 h treatment at 80 °C under 40% RH. The thus-assembled single cell exhibits the maximum power density values of 0.355, 0.495, and 0.584 Wcm−2 at 160 °C under back pressure of 0, 100, and 200 kPa using hydrogen as fuel and air as oxidant gas.
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