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High-Resolution Analysis of Ionomer Loss in Catalytic Layers after Operation

Morawietz, Tobias und Handl, Michael und Oldani, Claudio und Gazdzicki, Pawel und Hunger, Jürgen und Wilhelm, Florian und Blake, John und Friedrich, Kaspar Andreas und Hiesgen, Renate (2018) High-Resolution Analysis of Ionomer Loss in Catalytic Layers after Operation. Journal of The Electrochemical Society, 165, F3139-F3147. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/2.0151806jes. ISSN 0013-4651.

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Offizielle URL: http://jes.ecsdl.org/content/165/6/F3139

Kurzfassung

The function of catalytic layers in fuel cells and electrolyzers depends on the properties of the ionically conductive phase, which are most commonly perfluorinated ionomers based on Nafion and Aquivion. An analysis by atomic force microscopy reveals that the ultrathin ionomer films around Pt/C agglomerates have a thickness distribution ranging from 3.5 nm to 20 nm. Their conductivity and gas permeation properties determine the fuel cell performance to a large extend. For electrodes in Aquivion-based membraneelectrode-assemblies operation-induced structure changes were investigated by means of material- and conductivity-sensitive atomic force microscopy, infrared spectroscopy and electron-dispersive X-ray analysis. The observed thinning of the ultrathin ionomer films was mainly caused by polymer degradation deduced from reduced swelling after long-time operation and a significant loss of ionomer with operation time detected by infrared spectroscopy. From the linear thickness increase of the ultrathin films with rising humidity, a mainly layered structure of the ionomer was deduced. An influence of thickness of such ultrathin ionomer films on fuel cell lifetime was found by analysis of differently prepared membrane-electrode-assemblies, where a linear increase of irreversible degradation rate with ionomer film thickness in the electrodes of unused membrane-electrode-assemblies was found.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/124466/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:High-Resolution Analysis of Ionomer Loss in Catalytic Layers after Operation
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
Gazdzicki, PawelPawel.Gazdzicki (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5728-7861NICHT SPEZIFIZIERT
Hunger, JürgenZSWNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilhelm, FlorianZSW-BW, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Blake, JohnJohnson MattheyNICHT 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:Journal of The Electrochemical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:165
DOI:10.1149/2.0151806jes
Seitenbereich:F3139-F3147
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
ISSN:0013-4651
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Polymer membrane fuel cells, Degradation, microstructure
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:20 Dez 2018 13:52
Letzte Änderung:20 Jun 2021 15:51

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