High-temperature anion-exchange membrane fuel cells with balanced water management and enhanced stability

离子交换 燃料电池 化学工程 离子 材料科学 化学 环境科学 工程类 有机化学 生物化学
作者
Jiandang Xue,John C. Douglin,Karam Yassin,Tong Huang,Haifei Jiang,Junfeng Zhang,Yan Yin,Dario R. Dekel,Michael D. Guiver
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:8 (5): 1457-1477 被引量:78
标识
DOI:10.1016/j.joule.2024.02.011
摘要

Over the last decade, anion-exchange membrane fuel cells (AEMFCs) have continued to show steady power output and durability improvements at low temperatures of 60°C–80°C. However, AEMFC durability still lags, largely due to the critical issue of water management. High-temperature operation (≥100°C) enables simplified water management, but additional material stability challenges remain, particularly concerning the chemical stability of the anion-exchange membranes (AEMs). Herein, we report the synthesis of lightly branched poly(arylene piperidinium) AEMs, leading to balanced water management and sufficient stability. The optimized membranes demonstrate high-temperature H2/O2 AEMFC operation at 100°C, with a peak power density of ∼2 W cm−2 and durability over a 195-h period under a constant current density of 600 mA cm−2 with only ∼4% voltage decay. This work illustrates an effective AEM design strategy through high-temperature operation to resolve water management issues, thereby improving AEMFC performance and durability.
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