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Influence of Water and Temperature on Ionomer in Catalytic Layers and Membranes of Fuel Cells and Electrolyzers Evaluated by AFM

Morawietz, Tobias und Handl, Michael und Oldani, Claudio und Friedrich, Kaspar Andreas und Hiesgen, Renate (2018) Influence of Water and Temperature on Ionomer in Catalytic Layers and Membranes of Fuel Cells and Electrolyzers Evaluated by AFM. Fuel Cells, 18 (3), Seiten 239-250. Wiley. doi: 10.1002/fuce.201700113. ISSN 1615-6846.

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2MB

Kurzfassung

The major difference for the durability of the materials in PEM fuel cells and PEM electrolyzers is the exposure to humidified gases and to liquid water, respectively. Aquivion and Nafion ionomer was investigated at surfaces of membranes and cross-sections of electrodes by material-sensitive atomic force microscopy. The dimensional behavior of electrodes and membranes in a membrane-electrode assembly cross section was studied as a function of combined humidity and temperature changes. The observed opposite effects of ionomer dimensional changes in membrane and catalytic layers are important for understanding mechanical stress factors and degradation. For the lamellar polymer phase at moderate humidity, a linear swelling behavior and the enclosure of multiples of 0.8 nm-thick water layers was observed. Submersed in water, 3 nm-thick enclosed water layers were found. At the water-immersed Aquivion membrane derived from alcoholic dispersion larger 30–50 nm sized water-rich areas were found. In contrast, for membranes derived from water-based dispersion the water-rich phase was smaller with 11 nm. The thickness of the ultrathin ionomer layers in the electrode was investigated as a function of humidity and temperature. A linear swelling was found for humidity changes whereas nonlinear behavior with 100% expansion and hysteresis was seen for temperature cycles.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/124460/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Influence of Water and Temperature on Ionomer in Catalytic Layers and Membranes of Fuel Cells and Electrolyzers Evaluated by AFM
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Morawietz, TobiasHochschule EsslingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Handl, MichaelHochschule EsslingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oldani, ClaudioSolvay Specialty PolymersNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hiesgen, Renaterenate.hiesgen (at) hs-esslingen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2018
Erschienen in:Fuel Cells
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:18
DOI:10.1002/fuce.201700113
Seitenbereich:Seiten 239-250
Verlag:Wiley
ISSN:1615-6846
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Atomic Force Microscopy (AFM), Aquivion, Catalyst Layers, Electrolyzers, Fuel Cells, Humidity, Nafion, Swelling
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Speicher und vernetzte Infrastrukturen
HGF - Programmthema:Brennstoffzellen
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (Brennstoffzellen) (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:19 Dez 2018 17:15
Letzte Änderung:20 Jun 2021 15:51

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