High performance poly(carbazolyl aryl piperidinium) anion exchange membranes for alkaline fuel cells

材料科学 离子 离子交换 碱性燃料电池 高分子化学 化学工程 氢氧化物 质子交换膜燃料电池 电导率 聚合物 化学 复合材料 无机化学 有机化学 物理化学 工程类 生物化学
作者
Wei Yuan,Lingping Zeng,Shangkun Jiang,Caili Yuan,Qian He,Jianchuan Wang,Qiang Liao,Zidong Wei
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:657: 120676-120676 被引量:140
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120676
摘要

Anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs) is a potential substitute to the prevailing proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), since non-precious metal catalysts can be applied in the AEMFCs, leading to much lower cost of it. However, anion exchange membranes (AEMs), as a crucial component of the AEMFCs, has always been a challenge in the commercialization of AEMFCs, such as poor life-time and conductivity. Herein, a series of poly(carbazolyl aryl piperidinium) AEMs and ionomers are prepared with non-rotatable rigid carbazole group next to piperidinium ring on the polymer backbone for the first time, and the membranes were fabricated by mass production method of tape-casting. The membranes exhibit extraordinary comprehensive performance, for instance, high hydroxide conductivity up to 204.8 mS cm−1 at 90 °C, good mechanical strength of >50 MPa in wet state, low hydrogen permeability and excellent alkaline stability of only 3% decline after 2100 h in 1 M KOH at 80 °C. Fuel cell (H2–O2) based on the as-prepared membranes and ionomers shows outstanding peak power density of 1.72 W cm−2 at a quite low back pressure of 20 kPa, and only 2.6% decay was observed after 120 h.
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