Research Progress and Improvement Strategies of Phosphoric Acid-doped High-temperature Proton Exchange Membranes

doi:10.7503/cjcu20250262

Abstract

Abstract:

Proton exchange membrane fuel cell（^{PEMFC） has outstanding advantages such as high energy conversion efficiency， fast start-up speed， easy operation and maintenance. In the temperature range of 120 to 250 ℃， the operation of high-temperature proton exchange membrane fuel cells（HT-PEMFC） does not rely on the presence of water for proton conduction. This can effectively simplify the water management system， enhance the kinetics of electrode reactions， and strengthen the anti-poisoning ability of platinum-based electrocatalysts. At present， phosphoric acid（PA）-doped polybenzimidazole（PBI） membrane is the preferred membrane material in HT-PEMFC， but it faces key challenges， such as poor antioxidant stability and PA loss. In this review， the transport mechanism of PA-doped high-temperature proton exchange membranes（HT-PEM） is first clarified， and such materials are systematically classified based on the research progress in the past 10 years. Finally， the key technical challenges and coping strategies of HT-PEM are analyzed， and the future development trend is prospected.}

Key words: Proton exchange membrane, Fuel cell, Antioxidant stability, Phosphoric acid loss

CLC Number:

O632.7

TrendMD:

LIU Binghui, ZHAO Chengji. Research Progress and Improvement Strategies of Phosphoric Acid-doped High-temperature Proton Exchange Membranes[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(1): 20250262.

Figures/Tables 11

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Polymer type	Advantage	Disadvantage
Polybenzimidazoles	Excellent thermal stability and mechanical properties	Complex preparation process； poor solubility； severe phosphoric acid loss
Polyaryl ethers	Good mechanical strength； simple preparation process； high modifiability	Poor chemical stability
Polyphenyls	High chemical stability and excellent thermal stability	Metal⁃catalyzed process； poor solubility
Phenylated polyphenylenes	Excellent chemical stability and mechanical properties； excellent solubility	Limited molecular design.
Poly（arylene⁃alkane）s	No noble metal catalysts required； excellent thermal and chemical stability	The use of strong acid catalysts may cause environmental pollution
Polymers of intrinsic microporosity	Strong phosphoric acid retention capacity	Poor mechanical strength； Limited molecular design

Polymer type	Advantage	Disadvantage
Polybenzimidazoles	Excellent thermal stability and mechanical properties	Complex preparation process； poor solubility； severe phosphoric acid loss
Polyaryl ethers	Good mechanical strength； simple preparation process； high modifiability	Poor chemical stability
Polyphenyls	High chemical stability and excellent thermal stability	Metal⁃catalyzed process； poor solubility
Phenylated polyphenylenes	Excellent chemical stability and mechanical properties； excellent solubility	Limited molecular design.
Poly（arylene⁃alkane）s	No noble metal catalysts required； excellent thermal and chemical stability	The use of strong acid catalysts may cause environmental pollution
Polymers of intrinsic microporosity	Strong phosphoric acid retention capacity	Poor mechanical strength； Limited molecular design