Assessment of polybenzimidazole/MOF composite membranes for the improvement of high-temperature PEM fuel cell performance

质子交换膜燃料电池 燃料电池 膜 化学工程 复合数 材料科学 化学 复合材料 工程类 生物化学
作者
Yılser Devrim,C. Özgür Çolpan
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:58: 470-478 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.01.184
摘要

This study aims to determine the most effective utilization of ZIF-8 type metal-organic framework (MOF) doped polybenzimidazole (PBI) composite membrane in high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEMFC) and investigate how ZIF-8 filler affects performance. ZIF-8 particles were prepared by solvothermal method and added to the PBI polymer using a weight percentage varying from 1 to 5 %. XRD, BET, and TEM examined the prepared ZIF-8. Composite membrane properties were investigated by XRD, SEM analysis, proton conductivity measurements, acid doping, and acid stripping tests. The HT-PEMFC performances of the membranes were carried out using Hydrogen and dry air at 150–180. The highest performance was acquired with the composite ZIF8/PBI-2 membrane as 0.432 W/cm2 at 170 °C. The obtained result is explained by easier proton transfer over ZIF-8's enlarged tunnel network. This study proposes a promising strategy to use ZIF-8 to prepare a PBI composite membrane with excellent proton conductivity, acid doping, and low acid leaching for HT-PEMFC application. The current study's findings can support future research on PBI/MOF-based composite membranes for HT-PEMFC applications.
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