Dimethylimidazolium-Functionalized Polybenzimidazole and Its Organic–Inorganic Hybrid Membranes for Anion Exchange Membrane Fuel Cells

化学工程 材料科学 燃料电池 高分子化学 离子交换 化学 离子 有机化学 生物化学 工程类
作者
Li‐Cheng Jheng,Cheng‐Wei Cheng,Ko‐Shan Ho,Steve Lien‐Chung Hsu,Chung-Yen Hsu,Bi-Yun Lin,Tsung-Han Ho
出处
期刊:Polymers [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (17): 2864-2864 被引量:17
标识
DOI:10.3390/polym13172864
摘要

A quaternized polybenzimidazole (PBI) membrane was synthesized by grafting a dimethylimidazolium end-capped side chain onto PBI. The organic–inorganic hybrid membrane of the quaternized PBI was prepared via a silane-induced crosslinking process with triethoxysilylpropyl dimethylimidazolium chloride. The chemical structure and membrane morphology were characterized using NMR, FTIR, TGA, SEM, EDX, AFM, SAXS, and XPS techniques. Compared with the pristine membrane of dimethylimidazolium-functionalized PBI, its hybrid membrane exhibited a lower swelling ratio, higher mechanical strength, and better oxidative stability. However, the morphology of hydrophilic/hydrophobic phase separation, which facilitates the ion transport along hydrophilic channels, only successfully developed in the pristine membrane. As a result, the hydroxide conductivity of the pristine membrane (5.02 × 10−2 S cm−1 at 80 °C) was measured higher than that of the hybrid membrane (2.22 × 10−2 S cm−1 at 80 °C). The hydroxide conductivity and tensile results suggested that both membranes had good alkaline stability in 2M KOH solution at 80 °C. Furthermore, the maximum power densities of the pristine and hybrid membranes of dimethylimidazolium-functionalized PBI reached 241 mW cm−2 and 152 mW cm−2 at 60 °C, respectively. The fuel cell performance result demonstrates that these two membranes are promising as AEMs for fuel cell applications.
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