Phosphoric acid doped crosslinked polybenzimidazole (PBI-OO) blend membranes for high temperature polymer electrolyte fuel cells

聚砜 磷酸 材料科学 高分子化学 电导率 电解质 化学工程 聚合物 化学 复合材料 电极 物理化学 冶金 工程类 生物化学
作者
N. Nambi Krishnan,Dickson Joseph,Ngoc My Hanh Duong,Anastasiia Konovalova,Jong Hyun Jang,Hyoung-Juhn Kim,Suk Woo Nam,Dirk Henkensmeier
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:544: 416-424 被引量:89
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2017.09.049
摘要

Ionically crosslinked acid/base blend membranes of PBI-OO and a sulfonated polysulfone can be covalently crosslinked through aromatic sulfone groups, which form in a thermally induced Friedel-Crafts reaction. Here we systematically compare a series of blend membranes before and after curing. Even though the cured membranes have a lower phosphoric acid uptake even at increased doping time and temperature, they have an improved conductivity and therefore fuel cell performance than the ionically crosslinked membranes. For example, a covalently crosslinked blend membrane containing 5% of the acid component (c-BM 1) reached a conductivity of 260 mS/cm at 160 °C and a relative humidity of 5%, even though the PA uptake was just 266 wt%. In the fuel cell (H2, air, 160 °C), this membrane yielded a peak power density of 452 mW cm−2, about 100 mW cm−2 above that of the commercial meta-PBI membrane. In a long term stability test, the ionically crosslinked membrane uc-BM 1 already failed within 100 h, while the cured c-BM 1 membrane was much more stable. A cured membrane with less PA and higher amount of the acid blend component (c-BM 3) gave a stable performance for over 1000 h, proving that thermally induced sulfone crosslinking strongly increases the stability.
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