交聯(lián)被廣泛認(rèn)為是提高磷酸 (PA) 摻雜聚苯并咪唑 (PBI) 膜的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性的有效方法。然而，交聯(lián)膜通常表現(xiàn)出整體性能受損，因?yàn)樗鼈兙o湊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)減少了膜的自由體積，導(dǎo)致質(zhì)子傳導(dǎo)性差。在這項(xiàng)研究中，首次構(gòu)建了基于柱[5]芳烴和多烷基溴化物的局部高密度交聯(lián)聚苯并咪唑網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)子傳導(dǎo)性、所需的機(jī)械性能和優(yōu)異的燃料電池性能。柱[5]芳烴交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)顯著增強(qiáng)了膜的機(jī)械強(qiáng)度 (14.6 MPa)，特別是在 PA 吸收量高的情況下，柱[5]烯交聯(lián)的PBI膜在180℃和0.6mg cm
-2鉑負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)了1,084.1 mW cm
-2的高功率密度。這是高溫質(zhì)子交換膜燃料電池交聯(lián)膜中報(bào)道的最高值。
Figure 1. PBI 膜的凝膠含量。
Figure 2. a) PBI 膜的 PA 吸收和溶脹比；b,c) 在環(huán)境濕度水平下測量的 PA-PBI 膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率；d) 在 160 ℃下，所報(bào)道的交聯(lián) PBI 膜的質(zhì)子電導(dǎo)率與凝膠含量的比較分析。
Figure 3. a,b) 交聯(lián) PBI 膜的 WAXD 模式比較。
Figure 4. a,b) 未摻雜的 PBI 膜和 c,d) 摻雜的 PBI 膜的機(jī)械性能。
Figure 5. a) 交聯(lián) PBI 膜的拉伸應(yīng)力與質(zhì)子傳導(dǎo)率的比較分析；b) PA-PBI 膜的氧化穩(wěn)定性和 c) PA 保留能力；d) PBI 膜和柱 [5] 芳烴的 TGA 曲線。
Figure 6. a,b) PA-PBI 膜在 160℃下的燃料電池性能，以及 c) OPBI-CL-Pillar-7% 膜在不同溫度和無加濕下，催化劑負(fù)載量為 0.6 mg cm
-2 的燃料電池性能。d) OPBI-CL-Pillar-7% 膜在 160 ℃下的長期耐久性。
相關(guān)研究工作由深圳大學(xué)Lei Wang課題組于2022年在線發(fā)表于《Advanced Functional Materials》上，原文：Achieving over 1,000 mW cm
−2 Power Density Based on Locally High-Density Cross-Linked Polybenzimidazole Membrane Containing Pillar[5]arene Bearing Multiple Alkyl Bromide as a Cross-Linker。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
