Soluble polybenzimidazoles incorporating Tröger’s base for high-temperature proton exchange membrane fuel cells

磷酸 电解质 质子交换膜燃料电池 电导率 化学 基础(拓扑) 化学工程 核化学 高分子化学 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理化学 数学分析 数学 电极
作者
Junming Dai,Yu Zhang,Chunli Gong,Yinhua Wan,Yongbing Zhuang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:466: 143151-143151 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143151
摘要

In this work, a novel dicarboxylic acid (TB–COOH) containing Tröger's base (TB) was synthesized, and newly TB-based polybenzimidazole (PBI) membranes were prepared as electrolytes for high-temperature proton exchange membrane (HT-PEM) fuel cells. The TB-based PBIs, upon treatment with triethylammonium salts, showed good processability. The as-prepared TB-based PBI membranes exhibit superior tensile strength above 126.6 MPa and high decomposition temperatures at 5% weight loss ranging from 374 °C to 411 °C. The residual weights of the TB-based PBI membranes remained at above 80% in Fenton's reagent at 80 °C for 48 h. Notably, with extra nitrogen atoms in the TB-based PBIs, their phosphoric acid uptakes show obvious improvement over the corresponding sulfonated polybenzimidazole (sPBI) without TB units, achieving the highest proton conductivity (93.2 mS cm−1) at 160 °C, 2.3 times that of 41.2 mS cm−1 from the sulfonated PBI (sPBI) membrane. The highest peak power density of the H2/air fuel cell reached 225.5 mW cm−2 under non-humidity conditions at 160 °C, much higher than the value of the sPBI membrane. Based on their excellent comprehensive performance, incorporating TB into chain backbones optimized the PBI electrolytes for HT-PEM applications.
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