A new pyridine-based porous organic polymer composited high-temperature proton exchange membrane

多孔性 聚合物 质子 吡啶 材料科学 化学工程 化学 复合材料 有机化学 工程类 物理 生物化学 量子力学
作者
Weiyu Zhang,Jie Li,Hong Li,Yi Tang,Tianqi Yang,Xiaofei Ye,Weiyi Jin,Yiming Sun,Yicheng Dong,Xiangdong Zhang,Chenliang Gong
出处
期刊:Materials Reports: Energy [Elsevier]
卷期号:5 (3): 100354-100354
标识
DOI:10.1016/j.matre.2025.100354
摘要

As promising high-temperature proton exchange membranes, phosphoric acid (PA) doped polybenzimidazole (PBI) membranes still face challenges, including excessive PA leaching and limited long-term stability. The preparation of mixed matrix membranes (MMMs) has emerged as a viable strategy to address these limitations, which can combine the excellent mechanical properties of polymers with the structural advantages of porous fillers. Among various filler materials, nitrogen-containing porous organic polymers (POPs) have shown particular promise because of their excellent compatibility with polymers. Therefore, in this work, a new pyridine-based POP called Py-POP was synthesized. Py-POP was mixed with commercial poly[2,2′-(p-oxidiphenylene)-5,5′-benzimidazole] (OPBI) to prepare MMMs. Theoretical calculations indicate that the pyridine groups exhibit strong interactions with PA, significantly enhancing both PA retention and proton conduction efficiency. Remarkably, the PA retention rate of the composite membrane doped with 10 wt% Py-POP is 77.2% at 80 °C/40% RH, which is much higher than that of the OPBI (62.7%). Furthermore, the membrane achieves an outstanding proton conductivity of 0.173 S cm−1 at 180 °C, which is 4.2 times higher than that of the OPBI membrane. The peak power density of the composite membrane can achieve 915.1 mW cm−2 and remains at 891.5 mW cm−2 after 80 cycles of testing at 180 °C.
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