Considerations of the Effects of Naphthalene Moieties on the Design of Proton-Conductive Poly(arylene ether ketone) Membranes for Direct Methanol Fuel Cells

芳烯 材料科学 乙醚 甲醇 导电体 甲醇燃料 燃料电池 高分子化学 有机化学 化学工程 复合材料 化学 芳基 生物化学 烷基 工程类
作者
Baolong Wang,Lihua Hong,Yunfeng Li,Liang Zhao,Yuxue Wei,Chengji Zhao,Hui Na
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:8 (36): 24079-24088 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsami.6b06983
摘要

Novel sulfonated poly(arylene ether ketones) (SDN-PAEK-x), consisting of dual naphthalene and flexible sulfoalkyl groups, were prepared via polycondensation, demethylation, and sulfobutylation grafting reaction. Among them, SDN-PAEK-1.94 membrane with the highest ion exchange capacity (IEC = 2.46 mequiv·g(-1)) exhibited the highest proton conductivity, which was 0.147 S· cm(-1) at 25 °C and 0.271 S·cm(-1) at 80 °C, respectively. The introduction of dual naphthalene moieties is expected to achieve much enhanced properties compared to those of sulfonated poly(arylene ether ketones) (SNPAEK-x), consisting of single naphthalene and flexible sulfoalkyl groups. Compared with SNPAEK-1.60 with a similar IEC, SDN-PAEK-1.74 membrane showed higher proton conductivity, higher IEC normalized conductivity, and higher effective proton mobility, although it had lower analytical acid concentration. The SDN-PAEK-x membranes with IECs higher than 1.96 mequiv·g(-1) also exhibited higher proton conductivity than that of recast Nafion membrane. Furthermore, SDN-PAEK-1.94 displayed a better single cell performance with a maximum power density of 60 mW·cm(-2) at 80 °C. Considering its high proton conductivity, excellent single cell performance, good mechanical stabilities, low membrane swelling, and methanol permeability, SDN-PAEK-x membranes are promising candidates as alternative polymer electrolyte membranes to Nafion for direct methanol fuel cell applications.
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