Synthesis, Characterization, and Fabrication of Nickel Metal–Organic Framework-Incorporated Polymer Electrolyte Membranes for Fuel-Cell Applications

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作者
Aparna Mahalingam,Pushparaj Hemalatha
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (24): 31145-31157 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04709
摘要

Proton-conducting sulfonated polymer metal–organic framework (MOF)-based composite membranes were synthesized by anchoring the nickel MOF (Ni-MOF) to the aromatic sulfonated polymer backbone. In this work, we sulfonated two different polymers, poly(1,4-phenylene ether ether sulfone) (PEES) and poly ether ether ketone (PEEK), with a controllable sulfonation degree, and the synthesized Ni-MOF was incorporated into the sulfonated polymers to prepare a polymer electrolyte membrane. The effect of an MOF as a pendant moiety on the polymer backbone had a significant effect on properties such as water uptake, thermal, mechanical, and oxidative stabilities, swelling ratio, ion-exchange capacity (IEC), morphology, proton conductivity, and fuel-cell performance. The presence of an MOF structure enhanced the water retention capacity of the composite membranes. Adding Ni-MOF to the composite membrane improved the fuel-cell performance by increasing the OCV and power density. Among the synthesized electrolytes, the 3 wt % Ni-MOF-incorporated sPEEK membrane displayed a power density of 319 mW/cm2 with a cell voltage of 0.79 V, which was higher than the pure sulfonated polymer. Thus, the developed composite membranes are suitable for fuel-cell applications.
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