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Novel guanidinium functionalized poly(pentafluorostyrene): synthesis and application as ion-pair membrane in PA doped HT-PEMFC

Cho, Hyeongrae und Krastel, Anja und Aslan, Funda und Morawietz, Tobias und Bender, Johannes und Kerres, Jochen und Atanasov, Vladimir (2024) Novel guanidinium functionalized poly(pentafluorostyrene): synthesis and application as ion-pair membrane in PA doped HT-PEMFC. Journal of Membrane Science, 717 (123560). Elsevier. doi: 10.1016/j.memsci.2024.123560. ISSN 0376-7388.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738824011542?via%3Dihub

Kurzfassung

Anion exchange membranes based on poly(pentafluorostyrene) (PPFSt) functionalized with tetramethylguanidinium are described in this study. By incorporating flexible thiohexyl groups onto PPFSt followed by functionalization with tetramethylguanidine and its quaternization with dimethylsulfate, free standing anion exchange membranes were fabricated. The resulting membranes were doped in phosphoric acid (PA) and applied for high temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs). The 60 % thiohexylated and 40 % tetramethylguanidinium-functionalized PPFSt membrane (M-PPFSt-TH-TMG) showed higher phosphoric acid doping level (ADL) than meta-PBI (m-PBI) membrane: 13.5 PA/guanidinium to 4.9 PA/imidazole respectively. Conductivity of the M-PPFSt-TH-TMG membrane displayed 322 mS cm−1 (ADL 13.5) and is therefore higher than the one of m-PBI membrane showing 203 mS cm−1 (ADL 4.5) at 160 °C. The fuel cell performance was measured at 160 °C with non-humidified gases and without back pressure on both anode and cathode sides and compared with commercial MEA (Celtec-P 1100W). A PA doped M-PPFSt-TH-TMG MEA showed higher performance than the commercial one exhibiting 793 and 656 mW cm−2 respectively measured under the same condition. The highest performance was obtained with the membrane M-PPFSt-TH-TMG: this membrane showed a peak power density of 1.31 W cm−2 in H2/O2 FC at 160 °C with 2 bars of backpressure on both anode and cathode sides. A stability test in FC showed no significant decay running at a constant current density of 217 mA cm−2 at 160 °C with non-humidified gases for 100 h. An accelerated stress test (AST) carried out via thermal cycling between 80 and 160 °C with humidified gases showed rapid decay over the first 20 cycles, followed by stabilization.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/210541/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Novel guanidinium functionalized poly(pentafluorostyrene): synthesis and application as ion-pair membrane in PA doped HT-PEMFC
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Cho, HyeongraeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krastel, AnjaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Aslan, FundaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Morawietz, TobiasTobias.Morawietz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bender, JohannesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kerres, JochenInstitut für Chemische Verfahrenstechnik, Universität StuttgartNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Atanasov, Vladimirvladimir.atanasov (at) icvt.uni-stuttgart.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
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
Band:717
DOI:10.1016/j.memsci.2024.123560
Verlag:Elsevier
ISSN:0376-7388
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Membran, HT-PEM
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Morawietz, Tobias
Hinterlegt am:17 Dez 2024 18:07
Letzte Änderung:17 Dez 2024 18:07

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