Polybenzimidazole-based polymers of intrinsic microporosity membrane for high-temperature proton conduction

聚合物 材料科学 化学工程 磷酸 质子交换膜燃料电池 质子 电导率 热稳定性 高分子化学 化学 复合材料 物理化学 生物化学 物理 量子力学 工程类 冶金
作者
Huihui Luo,Fan Yang,Chao Li,Yifei Zhong,Cheng Cheng,Shaolei Wang,Shangbin Jin
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:476: 146611-146611 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146611
摘要

Anhydrous proton conducting polymer membrane materials have raised much attention in the application of high-temperature proton-exchange membranes (HT-PEMs) fuel cells, which convert chemical energy into electrical energy. Polybenzimidazole-based polymers, as typical materials for HT-PEMs, their compact structures result in small fractional free volumes (FFV), which is not conducive to the adsorption and retention of proton carriers. Herein, a series of polybenzimidazole-based polymers of intrinsic microporosity (PIM-PBIs) were synthesized. PIM-PBIs possess the benzimidazole units and porous structures, and have good thermal stability and large specific surface area (100 ∼ 400 m2/g). PIM-PBIs are further embedded in polyvinylidene fluoride (PVDF) to form mixed matrix membranes for high-temperature proton conduction. The resulting membranes exhibit high proton conductivity up to 90.11 mS cm−1 at 140 ℃ and high phosphoric acid (PA) retention rate of 90.0 %. This work provides a facile method for the precise design and preparation of proton-conducting porous materials.
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