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Insight into the Structure and Nanoscale Conductivity of Fluorinated Ionomer Membranes

Hiesgen, Renate und Morawietz, Tobias und Handl, Michael und Corasaniti, Martina und Friedrich, K. Andreas (2014) Insight into the Structure and Nanoscale Conductivity of Fluorinated Ionomer Membranes. Journal of The Electrochemical Society, 161 (12), F1214-F1223. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/2.0701412jes. ISSN 0013-4651.

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Kurzfassung

A material-sensitive atomic force microscopic (AFM) tapping mode was combined with current measurements to investigate structure, phase separation, and conductive structure of surfaces and cross sections of long side chain Nafion and short side chain AQUIVION PFSA ionomer membranes. We found unexpected large-scale ordered structures consistent with a dominant lamellar polymer structure at the cross sections. The highly terraced areas of both ionomers have a wide distribution of layer thicknesses from sub-nanometer to a few nanometers. In both broad size distributions, preferential sizes were identified that reflect the different lengths of the molecular side chains, indicating a stacking in layers. The nanoscale phase separation of the ionomer was analyzed by using the capacitive current distribution. In AQUIVION PFSA, larger connected water-rich ionic areas were found than in Nafion with same total ionic area. A steady-state current at the cross sections evolved only after an activation period by enforcing current flow though the membrane. A comprehensive and heterogeneous current distribution was observed with highly conductive areas. In contrast, on outer membrane surfaces, only non-continuous spot-like currents were observed. In general, our measurements are consistent with conduction in water layers in-between polymer chains and a bi-continuous structure under faradaic current flow.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/91881/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Insight into the Structure and Nanoscale Conductivity of Fluorinated Ionomer Membranes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hiesgen, RenateHochschule EsslingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Morawietz, TobiasHochschule EsslingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Handl, MichaelHochschule EsslingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Corasaniti, MartinaHochschule EsslingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, K. Andreasandreas.friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2014
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:161
DOI:10.1149/2.0701412jes
Seitenbereich:F1214-F1223
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
ISSN:0013-4651
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Polymer membranes, nanoscale conductivity, fuel cells
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Rationelle Energieumwandlung und Nutzung (alt)
HGF - Programmthema:Brennstoffzelle (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E EV - Energieverfahrenstechnik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:17 Nov 2014 16:20
Letzte Änderung:04 Jul 2023 14:41

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