Degradation mechanism of polystyrene sulfonic acid membrane and application of its composite membranes in fuel cells

化学 磺酸 Nafion公司 聚苯乙烯 质子交换膜燃料电池 过氧化氢 化学工程 高分子化学 有机化学 电化学 聚合物 生物化学 电极 物理化学 工程类
作者
Jingrong Yu,Baolian Yi,Danmin Xing,Fuqiang Liu,Zhigang Shao,Yongzhu Fu,Huamin Zhang
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:5 (3): 611-615 被引量:159
标识
DOI:10.1039/b209020a
摘要

The lifetime behavior of a H-2/O-2 proton exchange membrane (PEM) fuel cell with polystyrene sulfonic acid (PSSA) membrane have been investigated in order to give an insight into the degradation mechanism of the PSSA membrane. The distribution of sulfur concentration in the cross section of the PSSA membrane was measured by energy dispersive analysis of X-ray, and the chemical composition of the PSSA membrane was characterized by infrared spectroscopy before and after the lifetime experiment. The degradation mechanism of the PSSA membrane is postulated as: the oxygen reduction at the cathode proceeds through some peroxide intermediates during the fuel cell operation, and these intermediates have strong oxidative ability and may chemically attack the tertiary hydrogen at the a carbon of the PSSA; the degradation of the PSSA membrane mainly takes place at the cathode side of the cell, and the loss of the aromatic rings and the SO3- groups simultaneously occurs from the PSSA membrane. A new kind of the PSSA-Nafion composite membrane, where the Nafion membrane is bonded with the PSSA membrane and located at the cathode of the cell, was designed to prevent oxidation degradation of the PSSA membrane in fuel cells. The performances of fuel cells with PSSA-Nafion101 and PSSA-recast Nafion composite membranes are demonstrated to be stable after 835 h and 240 h, respectively.
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