Crosslinked polybenzimidazole high temperature-proton exchange membranes with a polymers of intrinsic microporosity (PIM) macromolecular crosslinker

质子交换膜燃料电池 聚合物 化学工程 磷酸 微型多孔材料 高分子化学 材料科学 化学 复合材料 生物化学 工程类 冶金
作者
Tiegen Guo,Yixin Wang,Qing Ju,Shuanyan Kang,Chao Ge,Xiaoli Chen,Ruyu Li,Zixin Lv,Yinghua Shen,Nanwen Li,Kang Geng
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:675: 121528-121528 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2023.121528
摘要

The macromolecular crosslinkers of bromomethylated polymer of intrinsic microporosity (PIM-BM) are successfully introduced into the poly(2,2'-(1,4-naphthalene)-5,5′-bibenzimidazole) (NPBI) to improve the phosphoric acid retention in high temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC). Thanks to the excellent miscibility between two polymers, the transparent and tough crosslinked membranes (NPBI/PIM-BM-x) have been obtained by the solution-casting. Compared with pristine NPBI membrane, the crosslinked membranes exhibit higher retention of phosphoric acid (PA) in various complicated temperature/humidity conditions due to the microporosity resulting from the micropore polymer of intrinsic microporosity (PIM) crosslinker. Specifically, the PA doped NPBI/PIM-BM-15 (NPBI/PIM-BM-15/PA) membrane shows 57.73% PA retention under 80 °C/40% relative humidity (RH), higher than PA doped NPBI (NPBI/PA) membrane (48.12%). Therefore, under accelerate stress test (AST) in fuel cells, the crosslinked NPBI/PIM-BM-15/PA membrane shows an excellent retention of peak power density, e.g. remaining 88.99% after 200 cycles of testing at 80 °C. This value is much better than pristine NPBI based fuel cell (only remaining 52.01% after 200 cycles under the same testing conditions). At a higher temperature of 160 °C without extra humidity, the fuel cells based on PA doped crosslinked membranes show comparable peak power density of 565–627.5 mW cm−2 to NPBI (632.5 mW cm−2) without an obvious sacrificing of initial fuel cell performance. Thus, the improved PA retention of the HT-PEM based on with PIMs crosslinker shows a great potential to broaden the operational temperature range and to be used for the next-generation HT-PEMs.
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