An imidazole-philic dispersible ionic liquid provides ample proton transport channels and high proton performances for high temperature proton exchange membranes

质子交换膜燃料电池 质子输运 离子液体 质子 化学工程 咪唑 聚合物 材料科学 多孔性 催化作用 化学 复合材料 有机化学 生物化学 量子力学 物理 工程类
作者
Jingjing Lin,Peng Wang,Aolei Gao,Jing‐Li Luo,Zhiwei Li,Lei Wang,Xiaojun Peng
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:475: 146146-146146 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146146
摘要

Abundant proton transport channels in polybenzimidazole proton exchange membranes (PBI-PEMs) has been considered as the guarantee of high electrochemical performances for high-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs). Porous structures are widely employed to create the channels. However, low mechanical properties of membranes results from chaotic aggregated pores hinders the application. In this study, the membrane of continuous micro-porous structure was innovatively fabricated via self-assembly of 1-Allyl-3-methylimidazolium chloride ([AmIm]Cl) in PBIs. The ionic liquid (IL) form continuous phases among PBI chains with inter-molecular distances less than 5 Å. The uniform porous structure enables tighter segment packing of polymer, creating uninterrupted PA channels that significantly enhanced proton transport efficiency without undermining the mechanical properties. The resulting micro-porous membrane displayed exceptional power density of 717.7 mW cm−2 at 160 °C, with 0.6 mg cm−2 Pt loading, accompanied by remarkable tensile strength of 12.4 MPa. Moreover, the catalyst layer exhibited superior oxygen diffusivity by optimizing the PA uptake. These results indicate that the micro-porous structure driven by the imidazole-philic dispersible ionic liquid is an effective strategy for designing high-performance PEMs.
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