Novel sulfonated Nafion®-based composite membranes with pillararene as selective artificial proton channels for application in direct methanol fuel cells

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作者
Liangbo Shen,Zhenzhen Sun,Yuhao Chu,Jing Zou,Marc A. Deshusses
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:40 (38): 13071-13079 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2015.07.073
摘要

Proton exchange membranes (PEM) are critical components of low temperature fuel cells. Most PEMs are made of perfluorinated sulfonic acid polymers such as Nafion®. However, Nafion has a high methanol permeability which is limiting its applicability in direct methanol fuel cells (DMFCs). Here, we report on novel sulfonated pillar[5]arene/Nafion composite membranes with improved properties for application in DMFCs. The properties of the novel composite membranes were investigated under a range of synthesis and operating conditions. Under most conditions, the novel composite membranes exhibited properties far superior than Nafion. For example, the proton conductivity of the sulfonated pillar[5]arene's (10 wt.%)/Nafion composite membrane was 0.145 × 10−4 S cm−1 at 80 °C, while methanol permeability was 2.43 × 10−6 cm2/s. Proton selectivity was increased up to two-fold compared to Nafion-recast membrane. The likely mechanisms for improvements were discussed. Overall, these results indicate that these novel composite membranes are promising for application in DMFCs.

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