Advancements in proton exchange membranes for high-performance high-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFC)

质子交换膜燃料电池 化学工程 聚合物 材料科学 质子输运 离聚物 质子 电导率 Nafion公司 化学 复合材料 电极 电化学 共聚物 物理化学 工程类 物理 量子力学 生物化学
作者
Guoqiang Li,Wojciech Kujawski,Edyta Rynkowska
出处
期刊:Reviews in Chemical Engineering [De Gruyter]
卷期号:38 (3): 327-346 被引量:23
标识
DOI:10.1515/revce-2019-0079
摘要

Abstract The high-temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC) offers several advantages, such as high proton conductivity, high CO tolerance, good chemical/thermal stability, good mechanical properties, and low cost. The proton exchange membrane (PEM) is the critical component of HT-PEMFC. This work discusses the methods of current PEMs development for HT-PEMFC including modifications of Nafion® membranes and the advancement in composite PEMs based on non-fluorinated polymers. The modified Nafion®-based membranes can be used at temperatures up to 140 °C. Nevertheless, the application of Nafion®-based membranes is limited by their humidification with water molecules acting as proton carriers and, thus, by the operation conditions of membranes under a relative humidity below 20%. To obtain PEMs applied at higher temperatures under non-humidified conditions, phosphoric acid (PA) or ionic liquids (ILs) are used as proton carriers in PEMs based on non-fluorinated polymers. The research discussed in this work provides the approaches to improving the physicochemical properties and performance fuel cell of PEMs. The effects of polymer blending, crosslinking, and the incorporation of inorganic particles on the membrane properties and fuel cell performance have been scrutinized. The incorporation of inorganic particles modified with ILs might be an effective approach to designing high-performance PEMs for HT-PEMFC.
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