Proton Conduction in Fuel Cells

Hydrogen-Transfer Reactions

Volumn 2, Issue , 2007, Pages 709-736

  Kreuer, Klaus Dieter ^a  

^a MAX PLANCK INSTITUT FÜR FESTKÖRPERFORSCHUNG   (Germany)

Author keywords

Confinement; Homogeneous media; Hydrogen transfer reactions; Interfacial effects; Long range proton transport of protonic charge carriers; Proton conducting electrolytes; Proton conduction in fuel cells; Proton transfer in solids; Proton transfer in surfaces

Indexed keywords

EID: 84864980110     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: 10.1002/9783527611546.ch23     Document Type: Chapter

References (127)

1. K. D. Kreuer, Annu. Rev. Mater. Res. 33, 333 (2003).
2. S. M. Haile, D. A. Boysen, C. R. I. Chisholm, S. M. Merle, Nature 410, 910 (2001).
3. K. D. Kreuer, S. J. Paddison, E. Spohr, M. Schuster, Chem. Rev. 104, 4637 (2004).
4. C. F. Schönbein, Philos. Mag. 14, 43 (1839).
5. W. R. Grove, Philos. Mag. 14, 127 (1839).
6. E. Peled, T. Duvdevani, A. Aharon, A. Melman, Electrochem. Solid State Lett. 3, 525 (2000).
7. O. Savadogo, J. New Mater. Electrochem. Syst. 1, 47 (1998).
8. Q. Li, R. He, J. O. Jensen, N. J. Bjerrum, Chem. Mater. 15, 4896 (2003).
9. M. Rikukawa, K. Sanui, Progr. Polym. Sci. 25, 1463 (2000).
10. J. Rozière, D. J. Jones, Annu. Rev. Mater. Res. 33, 503 (2003).
11. P. Jannasch, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 8, 96 (2003).
12. K. D. Kreuer, in Handbook of Fuel Cells Fundamentals, Technology and Applications, W. Vielstich, A. Lamm, H. A. Gasteiger (Eds.), John Wiley & Sons, Chichester, p. 420, 2003.
13. M. Doyle, G. Rajendran, in Ref.12, p.351.
14. K. A. Mauritz, R. B. Moore, Chem. Rev 104, 4535 (2004).
15. R. He, Q. Li, G. Xiao, N. J. Bjerrum, J. Membr. Sci., 226, 169 (2003).
16. Y. L. Ma, J. S. Wainright, M. H. Litt, R. F. Savinell, J. Electrochem. Soc. A 151, 8 (2004).
17. M. F. H. Schuster, W. H. Meyer, Annu. Rev. Mater. Res. 33, 233 (2003).
18. K. D. Kreuer, Chem. Mater. 8, 610 (1996).
19. K. D. Kreuer, A. Fuchs, J. Maier, Solid State Ionics 77, 157 (1995).
20. W. Münch, K. D. Kreuer, U. Traub, J. Maier, J. Mol. Struct. 381, 1 (1996).
21. W. Münch, G. Seifert, K. D. Kreuer, J. Maier; Solid State Ionics 97, 39 (1997).
22. K. D. Kreuer, Solid State Ionics 94, 55 (1997).
23. R. A. Marcus, J. Chem. Phys. 24, 966 (1956).
24. C. P. Flynn, A. M. Stoneham, Phys. Rev. B1, 3966 (1970).
25. K. D. Kreuer, Solid State Ionics 136/137, 149 (2000).
26. W. A. P. Luck, Fortschr. Chem. Forsch., 4, 653 (1964).
27. X. Duan, S. Scheiner, J. Mol. Struct. 270, 173 (1992).
28. R. Janoschek, J. Mol. Struct., 321, 45 (1994).
29. W. A. P. Luck, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 69, 626 (1965).
30. M. E. Tuckerman, K. Laasonen, M. Sprike, M. Parrinello, J. Chem. Phys. 103, 150(1995).
31. M. E. Tuckerman, D. Marx, M. L. Klein, M. Parrinello, Science 275, 817 (1997).
32. M. Eigen, L. De Maeyer, Proc. R. Soc. (London), Ser. A 247, 505 (1958).
33. M. Eigen, Angew. Chem. 75, 489 (1963).
34. T. Dippel, K. D. Kreuer, Solid State Ionics 46, 3 (1991).
35. B. Cohen, D. Huppert, J. Phys. Chem. A 107, 3598 (2003).
36. D. Marx, M. E. Tuckerman, J. Hutter, M. Parrinello, Nature 397, 601(1999).
37. R. Vuilleumier, D. Borgis, Chem. Phys. Lett. 284, 71 (1998).
38. K. D. Kreuer, Solid State Ionics 94, 55 (1997).
39. R. R. Sadeghi, H. P. Cheng, J. Chem. Phys. 111, 2086 (1999).
40. Q. Cui, M. Karplus, J. Phys. Chem. B 107, 1071(2003).
41. K. D. Kreuer, A. Rabenau, W. Weppner, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 21, 208 (1982).
42. N. Agmon, J. Chim. Phys. Phys.-Chim. Bio. 93, 1714 (1996).
43. K. D. Kreuer, T. Dippel, W. Meyer, J. Maier, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 293 273 (1993).
44. M. E. Tuckerman, D. Marx, M. Parrinello, Nature 417, 925 (2002).
45. B. L. Trout, M. Parrinello, J. Phys. Chem. B 103, 7340 (1999).
46. D. Asthagiri, L. R. Pratt, J. D. Kress, M. A. Gomez, Chem. Phys. Lett. 380, 530 (2003).
47. D. Asthagiri, L. R. Pratt, J. D. Kress, M. A. Gomez, Proc Nat. Acad. Sci (USA) 101, 7233 (2004).
48. B. Chen, J. M. Park, I. Ivanov, G. Tabacchi, M. L. Klein, M. Parrinello, J. Am. Chem. Soc. 124, 8534 (2002).
49. R. A. Munson, J. Phys. Chem. 68, 3374 (1964).
50. T. Dippel, K. D. Kreuer, J. C. Lassègues, D. Rodriguez, Solid State Ionics 61, 41 (1993).
51. M. Spaeth, K. D. Kreuer, T. Dippel, J. Maier, Solid State Ionics 97, 291 (1997).
52. M. Spaeth, K. D. Kreuer, J. Maier, J. Solid State Chem. 148, 169 (1999).
53. T. Dippel, N. Hainovsky, K. D. Kreuer, W. Münch, J. Maier, Ferroelectrics 167, 59 (1995).
54. S. H. Chung, S. Bajue, S. G. Greenbaum, J. Chem. Phys. 112, 8515 (2000).
55. A. Schlechter, R. F. Savinell, Solid State Ionics 147, 181 (2002).
56. A. Kawada, A. R. McGhie, M. M. Labes, J. Chem. Phys. 52, 3121 (1970).
57. T. E. Decoursey, Physiol. Rev. 83, 475 (2003).
58. G. Zundel, E. G. Weidemann, Eur. Biophys. Congr., Proc., 1st 6, 43 (1971).
59. N. Riehl, Trans. N.Y. Acad. Sci. 27, 772 (1965).
60. G. Will, Z. Krist. 129, 211 (1969).
61. G. P. Brown, S. Aftergut, J. Chem. Phys. 38, 1356 (1963).
62. K. Pigon, H. Chojnacki, Acta Phys. Pol. 31, 1069 (1967).
63. A. R. McGhie, H. Blum, M. M. Labes, J. Chem. Phys. 52, 6141 (1970).
64. B. S. Hickman, M. Mascal, J. J. Titman, I. G. Wood, J. Am. Chem. Soc. 121, 11486 (1999).
65. K. D. Kreuer, A. Fuchs, M. Ise, M. Spaeth, J. Maier, Electrochim. Acta 43, 1281 (1998).
66. K.D. Kreuer, Solid State Ionics and Technology, B.V.R. Chowdari et al. (Eds.), World Scientific, Singapore, pp. 263-274, 1998.
67. W. Münch, K. D. Kreuer, W. Silvestri, J. Maier, G. Seifert, Solid State Ionics 145, 437 (2001).
68. J. T. Daycock, G. P. Jones, J. R. N. Evans, J. M. Thomas, Nature 218, 67 (1968).
69. W. Tatara, M. J. Wojcik, J. Lindgren, M. Probst, J. Phys. Chem. A 107, 7827 (2003).
70. Unpublished results from the author's laboratory.
71. F. Toda, K. Tanaka, C. Foces-Foces, A. L. Llamas-Saiz, H. H. Limbach, F. Aguilar-Parrilla, R. M. Claramunt, C. López, J. J. Elguero, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1139 (1993).
72. M. Eikerling, A. A. Kornyshev, J. Electroanal. Chem. 502, 1 (2001).
73. S. J. Paddison, G. Bender, K. D. Kreuer, N. Nicoloso, T A. Zawodzinski, J. New Mater. Electrochem. Syst. 3, 291 (2000).
74. S. J. Paddison, D. W. Reagor, T A. Zawodzinski, J. Electroanal. Chem. 459, 91 (1998).
75. S. J. Paddison, Annu. Rev. Mater. Res. 33, 289 (2003).
76. M. K. Petersen, S. S. Iyengar, T. J. F. Day, G. A. Voth, J. Phys. Chem. B 108, 14804 (2004).
77. K. D. Kreuer, Solid State Ionics 97, 1 (1997).
78. T. A. Zawodzinski, T. E. Springer, J. Davey, R. Jestel, C. Lopez, J. Valerio, S. Gottesfeld, J. Electrochem. Soc. 140, 1981 (1993).
79. M. Cappadonia, J. W. Erning, S. M. S. Niaki, U. Stimming, Solid State Ionics 77, 65 (1995).
80. T. Dippel, K. D. Kreuer, Solid State Ionics 46, 3 (1991).
81. S. J. Paddison, R. Paul, K. D. Kreuer, Phys. Chem. Chem. Phys. 4, 1151 (2002).
82. H. Helmholtz, Weid. Ann. 7, 337 (1879).
83. H. Lamb, Philos. Mag. 5, 52 (1888).
84. J. Perrin, J. Chim. Phys. 2, 601 (1904).
85. M. Smoluchowski, Handbuch der Elektrizität und des Magnetismus, Vol. II, Barth, Leipzig, 1914.
86. B. R. Breslau, I. F. Miller, Ind. Eng. Chem. Fundam. 10, 554 (1971).
87. M. Ise, PhD Thesis, University Stuttgart, 2000.
88. M. Ise, K. D. Kreuer, J. Maier, Solid State Ionics 125, 213 (1999).
89. T. Okada, S. Moller-Holst, O. Gorseth, S. Kjelstrup, J. Electroanal. Chem. 442, 137 (1998).
90. X. Ren, S. Gottesfeld, J. Electrochem. Soc. 148, A87 (2001).
91. T. A. Zawodzinski, J. Davey, J. Valerio, S. Gottesfeld, Electrochim. Acta 40, 297 (1995).
92. T. A. Zawodzinski, C. Derouin, S. Radzinski, R. J. Sherman, V. T. Smith, T. E. Springer, S. Gottesfeld, J. Electrochem. Soc. 140, 1041 (1993).
93. T. A. Zawodzinski, C. Derouin, S. Radzinski, R. J. Sherman, V. T. Smith, T. E. Springer, S. Gottesfeld, J. Electrochem. Soc. 140, 1041 (1993).
94. G. Xie, T. Okada, J. Electrochem. Soc. 142 3057 (1995).
95. T. F. Fuller, J. Newman, J. Electrochem. Soc. 139, 1332 (1992).
96. X. Glipa, B. Bonnet, B. Mula, D. J. Jones, J. J. Rozière, Mater. Chem. 9, 3045 (1999).
97. R. Bouchet, E. Siebert, Solid State Ionics 118, 287 (1999).
98. A. Bozkurt, M. Ise, K. D. Kreuer, W. H. Meyer, G. Wegner, Solid State Ionics 125, 225 (1999).
99. B. C. Benicewicz, presented as a poster during the Gordon Research Conference on "Fuel Cells" 2003.
100. W. Münch, unpublished result.
101. S. J. Paddison, K. D. Kreuer, J. Maier, in preparation.
102. K. D. Kreuer, J. Membr. Sci. 185, 29 (2001).
103. M. F. H. Schuster, W. H. Meyer, M. Schuster, K. D. Kreuer, Chem. Mater. 16, 329 (2004).
104. M. Schuster, T. Rager, A. Noda, K. D. Kreuer, J. Maier, Fuel Cells, in press.
105. G. R. Goward, M. F. H. Schuster, D. Sebastiani, I. Schnell, H. W. Spiess, J. Phys. Chem. B 106, 9322 (2002).
106. H. G. Herz, K. D. Kreuer, J. Maier, G. Scharfenberger, M. F. H. Schuster, W. H. Meyer, Electrochim. Acta 48, 2165 (2003).
107. K. D. Kreuer, ChemPhysChem 3, 771 (2002).
108. C. A. Edmondson, P. E. Stallworth, M. E. Chapman, J. J. Fontanella, M. C. Wintersgill, S. H. Chung, S. G. Greenbaum, Solid State Ionics 135, 419 (2000).
109. C. A. Edmondson, P. E. Stallworth, M. C. Wintersgill, J. J. Fontanella, Y. Dai, S. G. Greenbaum, Electrochim. Acta 43, 1295 (1998).
110. M. C. Wintersgill, J. J. Fontanella, Electrochim. Acta 43, 1533 (1998).
111. T. A. Zawodzinski, M. Neeman, L. O. Sillerud, S. Gottesfeld, J. Phys. Chem. 95, 6040 (1991).
112. C. A. Edmondson, J. J. Fontanella, S. H. Chung, S. G. Greenbaum, G. E. Wnek, Electrochim. Acta 46, 1623 (2001).
113. C. A. Edmondson, J. J. Fontanella, Solid State Ionics 152-153, 355 (2002).
114. J. J. Fontanella, M. G. McLin, M. C. Wintersgill, J. P. Calame, S. G. Greenbaum, Solid State Ionics 66, 1 (1993).
115. X. Ren, T. E. Springer, T. A. Zawodzinski, S. Gottesfeld, J. Electrochem. Soc. 147, 466 (2000).
116. S. Hietala, S. L. Maunu, F. Sundholm, J. Polym. Sci B: Polym. Phys. 38, 3277 (2000).
117. T. Okada, S. Moller-Holst, O. Gorseth, S. Kjelstrup, J. Electroanalytical Chem. 442, 137 (1998).
118. X. Ren, S. Gottesfeld, J. Electrochem. Soc. 148, A87 (2001).
119. T. A. Zawodzinski, J. Davey, J. Valerio, S. Gottesfeld, Electrochim. Acta 40, 297 (1995).
120. T. A. Zawodzinski, C. Derouin, S. Radzinski, R. J. Sherman, V. T. Smith, T. E. Springer, S. Gottesfeld, J. Electrochem. Soc. 140, 1041 (1993).
121. X. Ren, W. Henderson, S. Gottesfeld, J. Electrochem. Soc. 144, L267 (1997).
122. G. Xie, T. Okada, J. Electrochem. Soc. 142 3057 (1995).
123. T. F. Fuller, J. Newman, J. Electrochem. Soc. 139, 1332 (1992).
124. H. Rössler, M. Schuster, K. D. Kreuer, presented at SSPC-12, Uppsala, 2004.
125. A. I. Baranov, L. A. Shuvalov, N. Shchagina, JETP Lett. 36, 459 (1982).
126. K. D. Kreuer, Solid State Ionics 125, 285 (1999).
127. H. Steininger, M. Schuster, K. D. Kreuer, J. Maier, Solid State Ionics, in press and electronically available 2006.