Highly durable perfluorosulfonic acid proton exchange membrane by combining inorganic free radical scavengers and organic antioxidants

化学 电导率 磺酸 无机化学 开路电压 质子 化学工程 核化学 高分子化学 电压 物理化学 量子力学 物理 工程类 生物化学
作者
Lin Huang,Qiang Deng,Xiaozhen Yang,Yang Wang,Weifu Dong
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:69: 855-862 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.05.031
摘要

In this work, a new type of complex was constructed by coordinating quercetin (QC) with cerium (Ce) ions. This complex was introduced into perfluorosulfonic acid resin (PFSA) to fabricate a proton exchange membrane. The coordination process prevented the formation of ion cross-links between cerium and sulfonic acid groups in PFSA, thereby keeping proton conductivity and fuel cell performance of membrane samples at a high level. Due to the insolubility of quercetin in water, its coordination with cerium minimized cerium migration, providing long-lasting resistance to free radicals. The effects of additives on PFSA membrane properties were investigated by measuring IEC, water uptake, swelling ratio, and proton conductivity. Fenton degradation experiments and membrane electrode assembly performance tests was conducted simultaneously. The results demonstrated that compared to the addition of quercetin or cerium alone, the use of QC-Ce increased the proton conductivity by 23.70% after 24-h Fenton degradation and lowered fluoride release by 58.29%. Meanwhile, the PFSA/QC-Ce composite membrane samples maintained an open circuit voltage of 0.935 V and a maximum power density of 668.15 mW cm−2 after 96 h of open circuit voltage hold testing.
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