Silane-functionalized carbon with super-hydrophobicity advancing microporous layer for proton exchange membrane fuel cells

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作者
Qian Zhang,Tianyi Gu,Ruhua Shi,Yan Jin,Wei Wang,Wei Qian,Bowen Zhai,Mingzheng Zhou,Maorong Chai,Ruizhi Yang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:555: 232342-232342 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232342
摘要

The hydrophobicity of microporous layer (MPL) plays an important role in the water management and thereby performance improvement of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Hydrophobic additive polytetrafluoroethylene (PTFE) used in the conventional MPL requires post-heat treatment at high temperature and tends to block the pores of MPL. Herein, we develop a facile and low-cost method to fabricate the MPL layer by functionalizing carbon with 3-(Trimethoxysilyl) propyl methacrylate (KH570). Covalently grafted KH570 endows carbon black with super-hydrophobicity and high stability. The contact angle of carbon black increases from 63° to 157° upon covalent cross-linking with KH570, resulting in super-hydrophobicity. The MPL fabricated with thus-functionalized carbon black is tested in a PEMFC, which delivers a maximum power density up to 1265 mW cm −2 , superior to that of PEMFC based on traditional MPL. This fluorine-free, covalent grafting protocol may open up a new avenue for the construction of MPL for PEMFC. • Super-hydrophobic carbon is prepared by chemical grafting with silane KH570. • MPL prepared with as-functionalized carbon shows high water and gas permeability. • The MPL endows PEMFC with excellent electrochemical performance. • Performance of this PEMFC is superior to the one assembled with conventional MPL. • The fluorine-free covalent grafting protocol opens new avenue for fabricating MPL.
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