设计高含量碳化β-环氧/PBI混合矩阵膜作为HT-PEM以减少H3PO4损失
Yingnan Ma1,2, Juan Chen1, Shanshan Xu3
1Department of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang, 414000 Hunan, P. R. China.
Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids
|January 17, 2025
概括
研究人员为高温燃料电池开发了先进的复合膜. 这些新型膜提高了酸的保留和稳定性,提高了燃料电池的性能和耐用性.
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
- 聚合物科学 聚合物科学
背景情况:
- 高温质子交换膜 (PEMs) 具有较差的酸结合,限制燃料电池的效率和运行稳定性.
- 结合微孔材料可以减轻酸漏,但由于聚合物填充剂兼容性差,往往导致膜性能降低.
- 现有的策略难以平衡填充剂含量与膜完整性和性能.
研究的目的:
- 开发一种新的策略,通过使用微孔封闭来增强PEM中的酸保留.
- 为了提高聚合物矩阵和微孔填充剂之间的兼容性.
- 为了提高高温燃料电池的性能和长期稳定性.
主要方法:
- 通过碳化β-cyclopodextrin开发了一个"微孔封闭"策略.
- 在溶液状态下将碳化β-cyclopodextrin引入聚胺醇 (PBI) 造溶液中,而不是作为干粉.
- 制造的碳化β-cyclopodextrin/PBI混合矩阵膜,其填充剂含量为50 wt%.
主要成果:
- 在聚合物和填充剂相之间实现了显著改进的兼容性,减少了接口缺陷.
- 获得混合矩阵膜,具有高含量的有效的封闭微孔.
- 测量了142 ± 4 mS cm-1的质子导电率,导电率衰减仅为16.6%,表明了出色的稳定性.
结论:
- 在溶液状态下引入碳化β-cyclopodextrin有效地增强了微孔封闭,并降低了PBI膜中的接口能量.
- 开发的膜表现出优越的质子导电性和可用于高温燃料电池应用的显著运行稳定性.
- 这种方法为设计下一代高性能质子交换膜提供了一个有希望的途径.
