High Performance Anion Exchange Membrane Fuel Cells Enabled by Fluoropoly(olefin) Membranes

材料科学 氢氧化物 烯烃纤维 共单体 化学工程 单体 电导率 离解(化学) 质子交换膜燃料电池 离子交换 分离器(采油) 离子 有机化学 物理化学 化学 复合材料 聚合物 热力学 物理 工程类 生物化学
作者
Liang Zhu,Xiong Peng,Shun‐Li Shang,Michael T. Kwasny,Tawanda J. Zimudzi,Xuedi Yu,Nayan Saikia,Jing Pan,Zi‐Kui Liu,Gregory N. Tew,William E. Mustain,Michael Yandrasits,Michael A. Hickner
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (26) 被引量:162
标识
DOI:10.1002/adfm.201902059
摘要

Abstract Although the peak power density of anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs) has been raised from ≈0.1 to ≈1.4 W cm −2 over the last decade, a majority of AEMFCs reported in the literature have not been demonstrated to achieve consistently high performance and steady‐state operation. Poly(olefin)‐based AEMs with fluorine substitution on the aromatic comonomer show considerably higher dimensional stability compared to samples that do not contain fluorine. More importantly, fluorinated poly(olefin)‐based AEMs exhibit high hydroxide conductivity without excessive hydration due to a new proposed mechanism where the fluorinated dipolar monomer facilitates increased hydroxide dissociation and transport. Using this new generation of AEMs, a stable, high‐performance AEMFC is operated for 120 h. When the fuel cell configuration is subjected to a constant current density of 600 mA cm −2 under H 2 /O 2 flow, the cell voltage declines only 11% (from 0.75 to 0.67 V) for the first 20 h during break‐in and the cell voltage loss is low (0.2 mV h −1 ) over the subsequent 100 h of cell testing. The ease of synthesis, potential for low‐cost commercialization, and remarkable ex situ properties and in situ performance of fluoropoly(olefin)‐based AEM renders this material a benchmark membrane for practical AEMFC applications.
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