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Impact of the Relative Humidity on the Performance Stability of Anion Exchange Membrane Fuel Cells Studied by Ion Chromatography

Lorenz, Julian und Janßen, Holger und Yassin, Karam und Leppin, Janine und Choi, Young-Woo und Cha, Jung-Eun und Wark, Michael und Brandon, Simon und Dekel, Dario R. und Harms, Corinna und Dyck, Alexander (2022) Impact of the Relative Humidity on the Performance Stability of Anion Exchange Membrane Fuel Cells Studied by Ion Chromatography. ACS Applied Polymer Materials, 4 (5), Seiten 3962-3970. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsapm.2c00415. ISSN 2637-6105.

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Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.2c00415

Kurzfassung

Although substantial improvement of the performance of anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs) was achieved, longevity is still the main challenge for the AEMFC technology, which is attributed to the degradation of the functional groups of applied membranes and ionomers. Contrary to ex situ material stability studies, we demonstrate here the application of ion chromatography to quantify the amounts of degradation products in the exhaust water during different fuel cell operation conditions on the example of trimethylbenzyl ammonium as a functional group. Higher amounts of degradation products were detected directly after equilibration and completion of polarization curves compared to performance stability measurements under constant load. Moreover, the performance stability dependent on the relative humidity of the anode and cathode feed gases was evaluated. Elevated losses of ionic groups were observed in the anode exhaust water at high humidity fuel cell operation, although higher degradation rates were determined for the cathode side by modeling the performance stability. In contrast, higher amounts of degradation products were detected in the cathode exhaust water under low humidity conditions. However, the mobility of water and degradation products under different fuel cell operation conditions impedes a detailed allocation of the observed degradation to one electrode. The demonstrated combination of in situ electrochemical measurements, corresponding ex situ degradation measurements, and modeling data gives comprehensive insights into the evaluation of the performance stability of anion exchange membrane materials under fuel cell operation, which could exceed ex situ durability experiments based on the membrane materials itself.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/143239/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Impact of the Relative Humidity on the Performance Stability of Anion Exchange Membrane Fuel Cells Studied by Ion Chromatography
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lorenz, Julianjulian.lorenz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9936-7667NICHT SPEZIFIZIERT
Janßen, HolgerHolger.Janssen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0787-8724NICHT SPEZIFIZIERT
Yassin, KaramTechnion - Israel Institute of Technologyhttps://orcid.org/0000-0002-3070-5947NICHT SPEZIFIZIERT
Leppin, JanineInstitute of Networked Energy Systems, German Aerospace Center (DLR)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Choi, Young-WooKorea Institute of Energy Research (KIER)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cha, Jung-EunKorea Institute of Energy Research (KIER)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wark, MichaelCarl von Ossietzky Universityhttps://orcid.org/0000-0002-8725-0103NICHT SPEZIFIZIERT
Brandon, SimonTechnion - Israel Institute of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dekel, Dario R.Technion - Israel Institute of Technologyhttps://orcid.org/0000-0002-8610-0808NICHT SPEZIFIZIERT
Harms, Corinnacorinna.harms (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5916-3224NICHT SPEZIFIZIERT
Dyck, Alexanderalexander.dyck (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5010-8226NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2 Mai 2022
Erschienen in:ACS Applied Polymer Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:4
DOI:10.1021/acsapm.2c00415
Seitenbereich:Seiten 3962-3970
Verlag:American Chemical Society (ACS)
ISSN:2637-6105
Status:veröffentlicht
Stichwörter:degradation products, AEMFC, nucleophilic substitution, longevity, quaternary ammonium ions
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Institut für Vernetzte Energiesysteme > Stadt- und Gebäudetechnologien
Hinterlegt von: Lorenz, Julian
Hinterlegt am:20 Mai 2022 13:15
Letzte Änderung:02 Mai 2023 03:00

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