Quaternary ammonium-biphosphate ion-pair based copolymers with continuous H+ transport channels for high-temperature proton exchange membrane

磷酸 电导率 质子输运 电解质 化学 离子电导率 兴奋剂 高分子化学 材料科学 化学工程 有机化学 聚合物 生物化学 电极 物理化学 工程类 光电子学
作者
Junqiao Jiang,Zhen Li,Min Xiao,Shuanjin Wang,Kenji Miyatake,Yuezhong Meng
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:660: 120878-120878 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120878
摘要

Phosphoric acid (PA)-doped polymer electrolyte membranes are the most promising materials for high-temperature proton exchange membranes (HT-PEMs). However, their development is subject to the compromise between proton conductivity and phosphoric acid (PA) doping level. Here, an ether-free QPAF-4 membrane (a copolymer containing perfluoroalkylene and fluorenyl groups with pendant ammonium groups) is directly doped with phosphoric acid and studied as HT-PEMs. Due to the intrinsic micro-phase separation structure of QPAF-4 matrix and strong interaction of quaternary ammonium (QA)-PA, the PA-doped membranes possess high proton conductivity and eminent PA retention at comparatively low PA doping level, respectively. The QPAF-4 membrane with 150% PA uptake (QPAF-4-150%PA) offers a proton conductivity of 52 mS cm−1 at 160 °C. As expected, the single cell with QPAF-4-150%PA membrane shows the maximum peak power density of 683 mW cm−2 at 160 °C under anhydrous condition. Meanwhile, the single cell exhibits excellent durability over a period of 60 h with only a slight reduction in voltage of 3.1%. These results indicate that the as-prepared PA-doped quaternized polymer with micro-phase separation structure seems to offer a promising way to develop performing and long-life HT-PEMs with low PA doping levels.
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