Simultaneous improvement of power density and durability of sulfonated poly(ether ether ketone) membrane by embedding <scp> CeO <sub>2</sub> ‐ATiO <sub>2</sub> </scp> : A comprehensive study in low humidity proton exchange membrane fuel cells
Notice bibliographique
Résumé
Herein, we describe the incorporation of cerium oxide-coated amine-functionalized titania nanorods (CeO2-ATiO2) as a bifunctional nanofiller in sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) as a cost-effective and high-performance proton exchange membrane (PEM) for PEM fuel cells (PEMFCs). Facile and effective functionalization of TiO2 was performed using amine-containing organic moieties, followed by coating the ATiO2 nanorods with CeO2. A simple solution casting method was employed to incorporate CeO2-ATiO2 into the SPEEK matrix with various weight ratio of 0.5%, 1%, 2%, 4%, or 6%. The successful incorporation of prepared nanofiller in the SPEEK membrane matrix was confirmed by structural and morphological studies such as Fourier transform infrared, X-ray diffractometer, scanning electron microscopy, and atomic force microscope of the SPEEK/CeO2-ATiO2 composite membranes. The presence of ATiO2 improved proton conductivity while CeO2 alleviated the chemical degradation of the membrane by scavenging free radicals. The proton conductivity of an SPEEK/CeO2-ATiO2 (2 wt%) nanocomposite membrane at 60°C under 20% relative humidity (RH) was 17.06 mS cm−1 whereas that of a bare SPEEK membrane under the same conditions was only 4.53 mS cm−1. PEMFCs containing SPEEK/CeO2-ATiO2 (2 wt%) nanocomposite membrane attained a maximum power density of 117 mW cm−2 at a load current density of 371 mA/cm2 at 60°C under 100% RH. In contrast, a PEMFC containing the bare SPEEK membrane delivered a power density of 91 mW cm−2 at a load current of 253 mA cm−2. A single cell open circuit voltage (OCV) test to examine the durability of membranes revealed that a PEMFC with an SPEEK/CeO2-ATiO2 (2 wt%) membrane showed excellent stability with an OCV decay of 0.925 mV h−1 at 60°C under 30% RH, whereas that of a PEMFC with a bare SPEEK membrane was 3.437 mV h−1 under identical conditions. Based on the abovementioned results, it is found that the SPEEK/CeO2-ATiO2 nanocomposite membranes overcome the durability issues of pristine SPEEK membranes and show enhanced electrochemical performance under a harsh PEMFC environment. Highlights CeO2-ATiO2 was utilized as a bifunctional filler to fabricate composite membrane. Integration of CeO2-ATiO2 improved the proton conductivity of sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) under low relative humidity. Addition of CeO2-ATiO2 to SPEEK resulted in improved physiochemical and thermomechanical properties. Optimized SPEEK/CeO2-ATiO2 (2 wt%) exhibited improved proton exchange membrane fuel cell performance while retaining excellent durability compared to pristine SPEEK.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
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