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Polybenzimidazole / tetrazole-modified poly(arylene ether) blend membranes for high temperature proton exchange membrane fuel cells

Nagappan, Nambi Krishnan und Duong, Ngoc My Hanh und konovalova, Anastasiia und Jang, Jong Hyun und Park, Hyun S und Kim, Hyoung-Juhn und Roznowska, Aleksandra und Michalak, Artur und Henkensmeier, Dirk (2020) Polybenzimidazole / tetrazole-modified poly(arylene ether) blend membranes for high temperature proton exchange membrane fuel cells. Journal of Membrane Science. Elsevier. doi: 10.1016/j.memsci.2020.118494. ISSN 0376-7388.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Kurzfassung

Poly(arylene ether)s containing 5-phenyl tetrazole (Tz) and either biphenyl (TzPN) or more flexible phenoxyphenyl (TzPEN) in the backbone were synthesized and blended in different ratios with mPBI, to benefit from the good ratio of conductivity to phosphoric acid (PA) uptake reported for Tz functionalized polymers, and from the high PA uptake and high mechanical strength of mPBI. Blend membranes containing 25 wt% TzPN and TzPEN had PA uptakes of 440 and 322%, respectively, in comparison to 505% for mPBI, but showed higher conductivities at 160 ◦C: 189 for mPBI-TzPN25, 195 for mPBI-TzPEN25, but just 147 mS cm− 1 for mPBI. Most importantly, a PA doped mPBI-TzPEN25 membrane showed an initial peak power density of 447 mW cm− 2, while the peak power density of mPBI was just 348 mW cm− 2. The voltage at 0.2 mA cm− 2 was 0.69 V, which is one of the highest reported values for post-doped membranes. When tested for 2400 h, the OCV of mPBI-TzPEN25 dropped only from 963 mV at the begin to 937 mV at the end of test, indicating that the membrane did not form defects. Over the last 2000 h, the cell was operated at very challenging 800 mA cm− 2. The linear voltage decrease was just 27.7 μV h− 1. Calculations indicate that TZ-PN and TZ-PEN can form chains of hydrogen-bonded TZ units, and low proton-transfer barriers suggest the possibility that the proton conduction mechanism could also partially involve proton hopping involving the tetrazole groups.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/138282/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Polybenzimidazole / tetrazole-modified poly(arylene ether) blend membranes for high temperature proton exchange membrane fuel cells
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Nagappan, Nambi Krishnannambikrishnan.nagappan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3563-050XNICHT SPEZIFIZIERT
Duong, Ngoc My HanhNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
konovalova, AnastasiiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jang, Jong HyunNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, Hyun SNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, Hyoung-JuhnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roznowska, AleksandraNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Michalak, ArturNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Henkensmeier, Dirkhenkensmeier (at) kist.re.krNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 Juli 2020
Erschienen in:Journal of Membrane Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.memsci.2020.118494
Verlag:Elsevier
ISSN:0376-7388
Status:veröffentlicht
Stichwörter:HT PEMFC, Polybenzimidazole, Tetrazole modified poly(arylene ether), Phosphoric acid doping, Blend membrane
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:TIG Technologie, Innovation und Gesellschaft
HGF - Programmthema:Erneuerbare Energie- und Materialressourcen für eine nachhaltige Zukunft
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemanalyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnik (alt)
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Brennstoffzellen
Hinterlegt von: Nagappan, Nambi Krishnan
Hinterlegt am:03 Dez 2020 14:53
Letzte Änderung:20 Okt 2023 09:07

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