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Di-piperidinium-crosslinked poly(fluorenyl-co-terphenyl piperidinium)s for high-performance alkaline exchange membrane fuel cells
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-01-17 , DOI: 10.1039/d1ta10178a Nanjun Chen 1 , Jong Hyeong Park 1 , Chuan Hu 1 , Ho Hyun Wang 1 , Hae Min Kim 1 , Na Yoon Kang 1 , Young Moo Lee 1
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-01-17 , DOI: 10.1039/d1ta10178a Nanjun Chen 1 , Jong Hyeong Park 1 , Chuan Hu 1 , Ho Hyun Wang 1 , Hae Min Kim 1 , Na Yoon Kang 1 , Young Moo Lee 1
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Modern anion exchange membrane (AEM) fuel cells (AEMFCs) call for highly conductive, durable, and mechanically tough AEMs and ionomers. Here, we report a series of scalable di-piperidinium-crosslinked poly(fluorenyl-co-terphenyl piperidinium) (x-PFTP-DP-Cn) copolymers with high ion exchange capacity (IEC) and tunable crosslinking alkyl spacers (Cn, n = 5 or 10) to reinforce the mechanical strength and optimize the electrochemical performance of poly(aryl piperidinium)-based AEMFCs. Specifically, durable x-PFTP-DP AEMs display high ion conductivity (HCO3− >90 mS cm−1 and OH− >180 mS cm−1 at 90 °C) and excellent mechanical strength (tensile strength ∼90 MPa, elongation at break ∼35%). Importantly, the x-PFTP-DP-based AEMFCs achieve outstanding peak power densities of 2.50 W cm−2 in H2–O2 and ∼1.41 W cm−2 in H2–air at 80 °C. Moreover, the present AEMFCs can run stably under 0.2 A cm−2 and 0.6 A cm−2 current densities at 70 °C for 265 h and 110 h, respectively, with low voltage decay rate of ∼50 μV h−1.
中文翻译：
用于高性能碱性交换膜燃料电池的二哌啶鎓交联聚（芴基共三联苯哌啶鎓）
现代阴离子交换膜 (AEM) 燃料电池 (AEMFC) 需要高导电性、耐用且机械强度高的 AEM 和离聚物。在这里，我们报告了一系列具有高离子交换容量 (IEC) 和可调交联烷基间隔基( C n , n = 5或10）以增强基于聚（芳基哌啶）的AEMFC的机械强度并优化电化学性能。具体而言，耐用的 x-PFTP-DP AEM 显示出高离子电导率（HCO 3 - >90 mS cm -1和 OH - >180 mS cm -1在 90 °C 下）和优异的机械强度（拉伸强度 ∼90 MPa，断裂伸长率 ∼35%）。重要的是，基于 x-PFTP-DP 的 AEMFC在 80 °C 下在 H 2 –O 2中实现了 2.50 W cm -2的出色峰值功率密度和在 H 2 –air 中约为 1.41 W cm -2的峰值功率密度。此外，目前的 AEMFC 可以在 0.2 A cm -2和 0.6 A cm -2电流密度下在 70 °C 下稳定运行 265 小时和 110 小时，电压衰减率低，约为 50 μV h -1。
更新日期：2022-01-17
中文翻译：
用于高性能碱性交换膜燃料电池的二哌啶鎓交联聚（芴基共三联苯哌啶鎓）
现代阴离子交换膜 (AEM) 燃料电池 (AEMFC) 需要高导电性、耐用且机械强度高的 AEM 和离聚物。在这里，我们报告了一系列具有高离子交换容量 (IEC) 和可调交联烷基间隔基( C n , n = 5或10）以增强基于聚（芳基哌啶）的AEMFC的机械强度并优化电化学性能。具体而言，耐用的 x-PFTP-DP AEM 显示出高离子电导率（HCO 3 - >90 mS cm -1和 OH - >180 mS cm -1在 90 °C 下）和优异的机械强度（拉伸强度 ∼90 MPa，断裂伸长率 ∼35%）。重要的是，基于 x-PFTP-DP 的 AEMFC在 80 °C 下在 H 2 –O 2中实现了 2.50 W cm -2的出色峰值功率密度和在 H 2 –air 中约为 1.41 W cm -2的峰值功率密度。此外，目前的 AEMFC 可以在 0.2 A cm -2和 0.6 A cm -2电流密度下在 70 °C 下稳定运行 265 小时和 110 小时，电压衰减率低，约为 50 μV h -1。
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