交联被广泛认为是提高磷酸 (PA) 掺杂聚苯并咪唑 (PBI) 膜的机械强度和耐久性的有效方法。然而，交联膜通常表现出整体性能受损，因为它们紧凑的网络结构减少了膜的自由体积，导致质子传导性差。在这项研究中，首次构建了基于柱[5]芳烃和多烷基溴化物的局部高密度交联聚苯并咪唑网络，以实现高质子传导性、所需的机械性能和优异的燃料电池性能。柱[5]芳烃交联网络显着增强了膜的机械强度 (14.6 MPa)，特别是在 PA 吸收量高的情况下，柱[5]烯交联的PBI膜在180℃和0.6mg cm
-2铂负载条件下实现了1,084.1 mW cm
-2的高功率密度。这是高温质子交换膜燃料电池交联膜中报道的最高值。
Figure 1. PBI 膜的凝胶含量。
Figure 2. a) PBI 膜的 PA 吸收和溶胀比；b,c) 在环境湿度水平下测量的 PA-PBI 膜的质子传导率；d) 在 160 ℃下，所报道的交联 PBI 膜的质子电导率与凝胶含量的比较分析。
Figure 3. a,b) 交联 PBI 膜的 WAXD 模式比较。
Figure 4. a,b) 未掺杂的 PBI 膜和 c,d) 掺杂的 PBI 膜的机械性能。
Figure 5. a) 交联 PBI 膜的拉伸应力与质子传导率的比较分析；b) PA-PBI 膜的氧化稳定性和 c) PA 保留能力；d) PBI 膜和柱 [5] 芳烃的 TGA 曲线。
Figure 6. a,b) PA-PBI 膜在 160℃下的燃料电池性能，以及 c) OPBI-CL-Pillar-7% 膜在不同温度和无加湿下，催化剂负载量为 0.6 mg cm
-2 的燃料电池性能。d) OPBI-CL-Pillar-7% 膜在 160 ℃下的长期耐久性。
相关研究工作由深圳大学Lei Wang课题组于2022年在线发表于《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。
转自《石墨烯研究》公众号
