富含triazole的3D金属有机框架包含固体电解质,用于燃料电池中优越的质子导电性和耐久性

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.

背景情况:

• 在质子交换膜电解质中,硫化碳化合物的局限性包括质子导电性和氧化稳定性不足.
• 质子导电混合矩阵膜 (PC-MMM) 为克服这些局限性提供了一个有希望的策略.
• 金属有机框架 (MOFs) 可以提高膜特性,因为它们的可调性结构和高表面积.

研究的目的:

• 为了制造和表征新型PC-MMM,在硫化聚基基中结合基于三醇的3DMOF.
• 评估制造膜的质子导电性,水吸收,离子交换能力,氧化稳定性和燃料电池性能.
• 评估这些基于MOF的复合膜作为质子交换膜燃料电池 (PEMFCs) 的电解质的潜力.

主要方法:

• 通过不同重量百分比 (1, 3, 5 wt%) 的合成基于三醇的MOF的造工艺制造PC-MMMs.
• 使用电化学阻抗光谱 (EIS),里埃变换红外光谱 (FTIR) 和扫描电子显微镜 (SEM) 的表征.
• 在H₂/O₂单一燃料电池中的性能评估和芬顿试剂中氧化稳定性的评估.

主要成果:

• 含有3%重量的MOF的复合膜在单个细胞中表现出最高的质子导电率 (0.04 S cm-1) 和最大电流密度为1191 mA cm-2 .
• 与原始聚合物相比,加入基于三醇的MOF改善了水吸收,离子交换能力和氧化稳定性.
• 12小时的OCV (开放电路电压) 持久测试表明,含MOF的膜具有更强的化学耐用性.

结论:

• 添加基于三醇的MOF显著提高了硫化聚乙烯基复合膜的质子导电性,性能和耐久性.
• 这些基于MOF的PC-MMM显示出作为有效的电解质材料的潜力,用于质子交换膜燃料电池,特别是在中间温度下.
• 建议进一步优化细胞参数,以充分实现这些先进复合膜的潜力.