Synthesis and Characterization of a New Fluorine‐Containing Polybenzimidazole (PBI) for Proton‐Conducting Membranes in Fuel Cells

膜 质子交换膜燃料电池 聚合物 材料科学 磷酸 化学工程 高分子化学 膜电极组件 热稳定性 电解质 电导率 聚合 化学 电极 物理化学 复合材料 冶金 工程类 生物化学
作者
X. Li,Guoqing Qian,X. Chen,Brian C. Benicewicz
出处
期刊:Fuel Cells [Wiley]
卷期号:13 (5): 832-842 被引量:54
标识
DOI:10.1002/fuce.201300054
摘要

Abstract A new type of fluorine‐containing polybenzimidazole, namely poly(2,2′‐(2,2′‐bis(trifluoromethyl)‐4,4′‐biphenylene)‐5,5′‐bibenzimidazole) (BTBP‐PBI), was developed as a candidate for proton‐conducting membranes in fuel cells. Polymerization conditions were experimentally investigated to achieve high molecular weight polymers with an inherent viscosity (IV) up to 1.60 dl g–1. The introduction of the highly twisted 2,2′‐disubstituted biphenyl moiety into the polymer backbone suppressed the polymer chain packing efficiency and improved polymer solubility in certain polar organic solvents. The polymer also exhibited excellent thermal and oxidative stability. Phosphoric acid (PA)‐doped BTBP‐PBI membranes were prepared by the conventional acid imbibing procedure and their corresponding properties such as mechanical properties and proton conductivity were carefully studied. The maximum membrane proton conductivity was approximately 0.02 S cm–1 at 180 °C with a PA doping level of 7.08 PA/RU. The fuel cell performance of BTBP‐PBI membranes was also evaluated in membrane electrode assemblies (MEA) in single cells at elevated temperatures. The testing results showed reliable performance at 180 °C and confirmed the material as a candidate for high‐temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) applications.
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