文[354]阐述了选择磷酸作为PBI膜的掺杂剂的原因:磷酸作为高温膜的质子载体,具有明显的优势:①高沸点,低挥发性;②固定质子且具有良好的流动性;③其掺杂的高温膜具有较高的高温低湿或无水条件下的质子电导率;④掺杂后的高温膜具有良好的热稳定性和力学性能。
单就酸的强度来说,磷酸只是中强酸,其酸性不如强酸硫酸。对掺杂量相同的条件下,掺杂不同酸的质子传导能力按以下排列:H2SO4>H3PO4>HNO3>HCl。对于严重依靠质子传导的燃料电池来说,貌似采用酸性更强的硫酸更好。但研究发现,硫酸的质子传导和磷酸的质子传导与湿度有密切关系。硫酸质子传导在湿度>50%时,硫酸的质子传导可达0.2S/m@150℃@掺杂9.65mol,而在低湿度时,磷酸的质子传导表现出比硫酸更优秀的能力。对高温燃料电池来说,更多情况下是工作在低湿度条件下,因此采用中强酸的磷酸而不选择强酸性的硫酸。