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       交聯被廣泛認為是提高磷酸 (PA) 摻雜聚苯并咪唑 (PBI) 膜的機械強度和耐久性的有效方法。然而，交聯膜通常表現出整體性能受損，因為它們緊湊的網絡結構減少了膜的自由體積，導致質子傳導性差。在這項研究中，首次構建了基于柱[5]芳烴和多烷基溴化物的局部高密度交聯聚苯并咪唑網絡，以實現高質子傳導性、所需的機械性能和優異的燃料電池性能。柱[5]芳烴交聯網絡顯著增強了膜的機械強度 (14.6 MPa)，特別是在 PA 吸收量高的情況下，柱[5]烯交聯的PBI膜在180℃和0.6mg cm^-2鉑負載條件下實現了1,084.1 mW cm^-2的高功率密度。這是高溫質子交換膜燃料電池交聯膜中報道的最高值。

 
Figure 1. PBI 膜的凝膠含量。

  
Figure 2. a) PBI 膜的 PA 吸收和溶脹比；b,c) 在環境濕度水平下測量的 PA-PBI 膜的質子傳導率；d) 在 160 ℃下，所報道的交聯 PBI 膜的質子電導率與凝膠含量的比較分析。

 
Figure 3. a,b) 交聯 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 膜的機械性能。

 
Figure 5. a) 交聯 PBI 膜的拉伸應力與質子傳導率的比較分析；b) PA-PBI 膜的氧化穩定性和 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。
 
     相關研究工作由深圳大學Lei Wang課題組于2022年在線發表于《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。

轉自《石墨烯研究》公眾號