Fatigue‐Resistant Polymer Electrolyte Membranes for Fuel Cells

电解质 材料科学 聚合物 燃料电池 化学工程 复合材料 聚合物电解质 高分子科学 电极 离子电导率 化学 生物 遗传学 物理化学 工程类
作者
Minju Kim,Guogao Zhang,Segeun Jang,Sanghyeok Lee,Zhigang Suo,Sang Moon Kim
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (14) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adma.202308288
摘要

Abstract In a hydrogen fuel cell, an electrolyte membrane conducts protons, but blocks electrons, hydrogen molecules, and oxygen molecules. The fuel cell often runs unsteadily, resulting in fluctuating water production, causing the membrane to swell and contract. The cyclic deformation can cause fatigue crack growth. This paper describes an approach to develop a fatigue‐resistant polymer electrolyte membrane. The membrane is prepared by forming an interpenetrating network of a plastic electrolyte and a rubber. The former conducts protons, and the latter enhances fatigue resistance. The introduction of the rubber modestly reduces electrochemical performance, but significantly increases fatigue threshold and lifespan. Compared to pristine plastic electrolyte, Nafion, an interpenetrating network of Nafion and perfluoropolyether (PFPE) reduces the maximum power density by 20%, but increases the fatigue threshold by 175%. Under the wet/dry accelerated stress test, the fuel cell with the Nafion‐PFPE membrane has a lifespan 1.7 times that of a fuel cell with the Nafion membrane.
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