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Revelation of ink solvents influence mechanism in catalyst layer of proton exchange membrane fuel cells

Lin, Rui und Lu, Jiapeng und Liu, Shengchu und Hua, Shiyang und Cai, Shin und Friedrich, Kaspar Andreas (2024) Revelation of ink solvents influence mechanism in catalyst layer of proton exchange membrane fuel cells. Applied Surface Science, 655, Seite 159608. Elsevier. doi: 10.1016/j.apsusc.2024.159608. ISSN 0169-4332.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
12MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433224003210?pes=vor&utm_source=scopus&getft_integrator=scopus

Kurzfassung

The optimal catalyst layer microstructure is vital for the commercialization of proton exchange membrane fuel cells. Understanding catalyst ink is crucial for achieving this microstructure. This study investigates the effect of solvents on ionomer behavior to establish the relationship between catalyst ink and fuel cell performance. Molecular dynamics simulation results show that the water and n-propanol mixture (NPA-aq) solvent has a stronger binding interaction with the Pt surface compared to other solvents. NPA-aq solvent weakens ionomer adsorption on the Pt surface and creates a porous proton conduction network. The NPA-aq MEA exhibits lower mass transfer resistance than the Water MEA and EG-aq MEA. However, the results of dynamic light scattering show that NPA-aq ink particles aggregate and grow up over time, leading to an increase in the coverage degree of ionomer on Pt surface and reducing electrochemical active surface area. This work provides mechanistic analysis for the solvent selection of the ink with a targeted ionomer control, which is helpful to reduce the mass transfer loss and accelerate the commercialization of fuel cells.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/212378/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Revelation of ink solvents influence mechanism in catalyst layer of proton exchange membrane fuel cells
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lin, RuiSchool of Automotive Studies, Tongji UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lu, JiapengSchool of Automotive Studies, Tongji UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liu, ShengchuSchool of Automotive Studies, Tongji UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hua, ShiyangSchool of Automotive Studies, Tongji UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cai, ShinSchool of Automotive Studies, Tongji UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 Februar 2024
Erschienen in:Applied Surface Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:655
DOI:10.1016/j.apsusc.2024.159608
Seitenbereich:Seite 159608
Verlag:Elsevier
ISSN:0169-4332
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Ink solvent Ionomer distribution Particle size Molecular dynamics PEMFC
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: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:13 Feb 2025 13:43
Letzte Änderung:24 Feb 2025 11:47

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