Protonated phosphonic acid electrodes for high power heavy-duty vehicle fuel cells

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作者
Katie Heeyum Lim,Albert S. Lee,Vladimir Atanasov,Jochen Kerres,Eun Joo Park,Santosh Adhikari,Sandip Maurya,Luis Delfin Manriquez,Jiyoon Jung,Cy Fujimoto,Ivana Matanović,Jasna Janković,Zhendong Hu,Hongfei Jia,Yu Seung Kim
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:7 (3): 248-259 被引量:154
标识
DOI:10.1038/s41560-021-00971-x
摘要

State-of-the-art automotive fuel cells that operate at about 80 °C require large radiators and air intakes to avoid overheating. High-temperature fuel cells that operate above 100 °C under anhydrous conditions provide an ideal solution for heat rejection in heavy-duty vehicle applications. Here we report protonated phosphonic acid electrodes that remarkably improve the performance of high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells. The protonated phosphonic acids comprise tetrafluorostyrene-phosphonic acid and perfluorosulfonic acid polymers, where a perfluorosulfonic acid proton is transferred to the phosphonic acid to enhance the anhydrous proton conduction of fuel cell electrodes. By using this material in fuel cell electrodes, we obtained a fuel cell exhibiting a rated power density of 780 mW cm–2 at 160 °C, with minimal degradation during 2,500 h of operation and 700 thermal cycles from 40 to 160 °C under load. High-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells are promising for heavy-duty vehicle applications, but strides in performance are needed to improve their commercial viability. Here it is demonstrated that protonating phosphonic acid electrodes greatly enhances power density and durability.
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