Mechanically strengthened polybenzimidazole membrane via a two-step crosslinking strategy for high-temperature proton exchange membrane fuel cell

质子交换膜燃料电池 燃料电池 化学工程 质子 材料科学 化学 工程类 物理 生物化学 量子力学
作者
Bowen Zheng,Chengwei Deng,Ruoyin Luo,Shaojie Gao,Feng Ji,Dong Wang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:603: 234369-234369 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234369
摘要

To simultaneously increase the mechanical strength and proton conductivity of Phosphoric acid-doped polybenzimidazole (PA-PBI), a facile two-step crosslinking approach is proposed to prepare the imidazole-rich crosslinked polybenzimidazole membranes for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs) in this work. Unlike the classic crosslinking approaches that usually enhance mechanical strength of membrane but lead to a decrease of proton conductivity, the mechanical strength of two-step crosslinked membrane improves from 3.93 MPa to 9.62 MPa and proton conductivity increases from 91 mS cm−1 to 183 mS cm−1 at 200 °C compared with pristine OPBI membrane. The promotion should be ascribed to the introduction of PA-affinity sites on crosslinkers and the formation of homogeneous crosslinking networks. Meanwhile, due to the crosslinked networks, the oxidative and dimensional stability of crosslinked membranes are also promoted. In addition, the two-step cross-linking method can avoid the self-reaction between cross-linking agents, thereby obtaining a more uniform cross-linking network, which is of great significance for the use of fuel cells. When the membranes are used in a fuel cells, they exhibited a maximum power density of 448.8 mW cm−2 at 160 °C (H2/Air, without humidification.).
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