Self‐Enhancement of Perfluorinated Sulfonic Acid Proton Exchange Membrane with Its Own Nanofibers

材料科学 质子交换膜燃料电池 磺酸 Nafion公司 纳米纤维 电导率 电解质 离聚物 质子 质子输运 化学工程 复合材料 高分子化学 聚合物 电极 电化学 化学 物理化学 共聚物 工程类 量子力学 物理 生物化学
作者
Lingping Zeng,Xiaoli Lu,Caili Yuan,Wei Yuan,Ke Chen,Jingying Guo,Xiaoxi Zhang,Jianchuan Wang,Qiang Liao,Zidong Wei
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (15): e2305711-e2305711 被引量:63
标识
DOI:10.1002/adma.202305711
摘要

Abstract High‐performance proton exchange membrane (PEM) is crucial for the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Herein, a novel “self‐enhanced” PEM is fabricated for the first time, which is composed of perfluorinated sulfonic acid (PFSA) resin and its own nanofibers as reinforcement. With this strategy, the interfacial compatibility issue of conventional fiber‐reinforced membranes is fully addressed and up to 80 wt% loading of PFSA nanofibers can be incorporated. Furthermore, on account of chain orientation within the PFSA nanofiber, single fiber exhibits super‐high conductivity of 1.45 S cm −1 , leading to state‐of‐the‐art proton conductivity (1.1 S cm −1 ) of the as‐prepared “self‐enhanced” PEM so far, which is an order of magnitude increase compared with the bulk PFSA membrane (0.29 S cm −1 ). It surpasses any commercial PEM including the popular GORE‐SELECT and Nafion HP membranes and is the only PEM with conductivity at 10 0 S cm −1 level. In addition, the mechanical strength and swelling ratio of membranes are both substantially improved simultaneously. Based on the high‐performance “self‐enhanced” PEM, high peak power densities of up to 3.6 W cm −2 and 1.7 W cm −2 are achieved in H 2 ‐O 2 and H 2 ‐Air fuel cells, respectively. This strategy can be applied in any polymeric electrolyte membrane.
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