Microporous expanded polytetrafluoroethylene layer functionalized hydrophilic groups for excellent mechanical durability and superior performance in proton exchange membrane fuel cell

质子交换膜燃料电池 离聚物 微型多孔材料 材料科学 电导率 化学工程 耐久性 复合材料 高分子化学 化学 聚合物 共聚物 生物化学 工程类 物理化学
作者
Henghui Huang,Qi Yao,Xiuping Zhang,Haijiang Wang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:526: 231130-231130 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231130
摘要

Introducing hydrophilic groups and increasing the compatibility of the ionomer and reinforcement layer can have a significant impact on the proton conductivity and cell performance of a proton exchange membrane (PEM) under lower relative humidity (RH). In this work, a novel PEM containing expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) functionalized with amino and hydroxyl groups is designed and fabricated to enhance the PEM's proton conductivity and electrochemical performance at low RH, and to improve its mechanical stability. The introduction of the hydrophilic groups and the generation of stable acid–base pairs yield a PFSA ionomer that has better compatibility with and adhesion to the hydrophilic functionalized ePTFE membrane, thereby significantly improving the prepared membrane's proton conductivity, H2 crossover current density, and single-cell performance. In addition, generated water is retained inside the PEM, keeping its cell performance high at low RH. The PEM's mechanical durability is also improved by the increased dimensional stability and compatibility of the ionomer and reinforcement layer. This work provides a promising way to improve the proton conductivity and cell performance of PEMs at low RH and has great application potential for creating PEM fuel cells with high mechanical durability.
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