Polybenzimidazole (PBI-OO) based composite membranes using sulfophenylated TiO2 as both filler and crosslinker, and their use in the HT-PEM fuel cell

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作者
N. Nambi Krishnan,Sang‐Rae Lee,Ravindra V. Ghorpade,Anastasiia Konovalova,Jong Hyun Jang,Hyoung‐Juhn Kim,Jonghee Han,Dirk Henkensmeier,Haksoo Han
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:560: 11-20 被引量:153
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2018.05.006
摘要

Abstract Crosslinked metal oxide containing nanocomposite membranes, in which the filler also acts as crosslinker, were prepared by blending polybenzimidazole (PBI-OO) and phenylsulfonated TiO2 particles (s-TiO2). Thermal curing changes the ionically crosslinked system into a covalently crosslinked system. The synthesized s-TiO2 nanoparticles were analyzed by thermal gravimetric analysis and scanning electron microscopy. The covalently crosslinked nanocomposite membranes (c-sTiO2-PBI-OO) were doped with phosphoric acid (PA) for high temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC) application. The membrane properties, such as PA uptake, dimensional change, gel content, proton conductivity, mechanical property, and single cell performance were evaluated and compared with the properties of acid-doped c-PBI-OO. PA doped 6-c-sTiO2-PBI-OO (6 wt% sTiO2) showed the highest uptake of 392 wt%, and a proton conductivity at 160 °C of 98 mS cm−1. In the fuel cell, a peak power density of 356 mW cm−2 was obtained, which is 76% higher than that of a c-PBI-OO based system (202 mW cm−2). To evaluate the stability of the membrane performance over time, the best performing membrane was tested for over 700 h.
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