Fázis inverzió által kiváltott porózus polibenzimidazol üzemanyagcellás membránok: hatékony architektúra a magas hőmérsékletű, vízmentes protonok szállításához

(A) A meta-polibenzimidazol (m-PBI) és (B) a nem oldószer által kiváltott fáziselválasztó mechanizmus szintézise a porozitás elérése érdekében.

(A) Fourier transzformációs infravörös spektrumok és (B) nem porózus m -PBI és m -PBI350-x membránok termogravimetriás elemzése. (C) A szabadon álló m -PBI350-2 robusztusságának bemutatása.

(A) m -PBI350-x membránok n-butanol adszorpciós porozitása (%), a 350 ° C-os melegítési időtartamra vonatkoztatva (beillesztve: digitális fényképezőgép fényképei az m -PBI350-x membránokról). A (B) m -PBI350-0 és (C) m -PBI350-3 keresztmetszetének pásztázó elektronmikroszkópos képei; és a (D) m-PBI350-3 üvegfelület és (E) levegőoldal membránfelülete. (F) Az m -PBI350-0,25 keresztmetszete és a membrán (G) képének savas eltávolítása után.

Oldhatóság az idő függvényében (A) dimetil-acetamidban (DMAc) (80 ° C) és (B) foszforsavban (PA) (160 ° C). A beillesztett képeket 24 órás tesztelés után készítettük.

(A) Proton vezetőképesség a hőmérséklet szempontjából és (B) Arrhenius diagram a foszforsavval adalékolt membránok proton vezetőképességéhez.

(A) A membránok foszforsav-visszatartása az idő függvényében. (B) Üzemanyagcella teljesítmény az energia-sűrűség és a feszültség tekintetében az m -PBI és m -PBI350-2 áramsűrűségéhez viszonyítva.

(A) m -PBI350-2 üzemanyagcella teljesítménye az idő függvényében, állandó áramsűrűség mellett. (B) A sejtek teljesítménye a tartóssági vizsgálat előtt és után.

Absztrakt

1. Bemutatkozás

2. Kísérleti

2.1. Anyagok

2.2. Az m-PBI szintézise

2.3. Nagyon porózus m-PBI membránok előállítása

2.4. A PEM Fuel Cell MEA gyártása

1%. Az oldatot ezután 30 percig ultrahanggal kezeltük, hogy biztosítsuk az egyenletes diszperziót, és szórópisztollyal gázdiffúziós rétegekre permetezzük, hogy gázdiffúziós elektródot (GDE) hozzunk létre. A katalizátor töltete mindkét oldalon 1,5 mgPt cm-2 volt. Ezt követően a GDE-t 10 percig 350 ° C-on megolvasztották. Az előkészített GDE-ket a tömítéssel ellátott PA adalékolt membrán egyetlen tüzelőanyag-cellába 75 N m-re történő szendvicsezésére használták MEA tesztelés céljából.

2.5. Jellemzés

3. Eredmények és megbeszélés

250 óra múlva a cella feszültsége 0,705 V-ról 0,686 V-ra csökkent, amikor 200 mA cm −2 alatt üzemeltették (veszteségi ráta: 77,5 μV h -1). Bár a porózus membránok alacsonyabb tartóssággal rendelkeznek, mint a sűrű m -PBI [55], a szabad sav kimosódása a savmegtartó képességhez hasonlóan minimálisra csökkent.