Structure of the ionomer film in catalyst layers of proton exchange membrane fuel cells

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 117, Issue 48, 2013, Pages 25305-25316

  He, Qianping ^a   Suraweera, Nethika S ^a   Joy, David C ^a,b   Keffer, David J ^a  

^a University of Tennessee Knoxville   (United States)

^b OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYST NANO PARTICLES; CATALYST UTILIZATION; CLASSICAL MOLECULAR DYNAMICS; DISTRIBUTION OF WATER; INHOMOGENEOUS DISTRIBUTION; POLYMER EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS; STRUCTURE PROPERTY RELATIONSHIPS; WATER DISTRIBUTIONS;

ADHESION; BINDING ENERGY; CARBON; CATALYSTS; COMPUTER SIMULATION; DELAMINATION; HYDROXYLATION; NANOPARTICLES; OXIDATION; PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS (PEMFC); WATER SUPPLY SYSTEMS;

IONOMERS;

EID: 84890337801     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp408653f     Document Type: Article

References (86)

1. Jiao, K.; Zhou, B. J. Power Sources 2007, 169, 296-314
2. Jiang, J. H.; Yi, B. L. J. Electroanal. Chem. 2005, 577, 107-115
3. Bao, C.; Ouyang, M. G.; Yi, B. L. Int. J. Hydrogen Energy 2006, 31, 1879-1896
4. Wilson, M. S.; Valerio, J. A.; Gottesfeld, S. Electrochim. Acta 1995, 40, 355-363
5. Wilson, M. S.; Gottesfeld, S. J. Appl. Electrochem. 1992, 22, 1-7
6. Eikerling, M.; Kornyshev, A. A. J. Electroanal. Chem. 1998, 453, 89-106
7. Prasanna, M.; Cho, E. A.; Lim, T. H.; Oh, I. H. Electrochim. Acta 2008, 53, 5434-5441
8. Sun, L. L.; Ran, R.; Wang, G. X.; Shao, Z. P. Solid State Ionics 2008, 179, 960-965
9. Yoon, W.; Weber, A. Z. J. Electrochem. Soc. 2011, 158, B1007-B1018
10. Eguchi, M.; Baba, K.; Onuma, T.; Yoshida, K.; Iwasawa, K.; Kobayashi, Y.; Uno, K.; Komatsu, K.; Kobori, M.; Nishitani-Gamo, M.; Ando, T. Polymers 2012, 4, 1645-1656
11. Cheng, X. L.; Yi, B. L.; Han, M.; Zhang, J. X.; Qiao, Y. G.; Yu, J. R. J. Power Sources 1999, 79, 75-81
12. Kim, H.-T. Cost Effective and Durable Membrane Electrode Assembly for Automotive Applications; 2012 Fuel Cell Seminar & Exposition; 2012, Mohegan Sun Convention Center, Uncasville, CT.
13. Yu, X. W.; Ye, S. Y. J. Power Sources 2007, 172, 145-154
14. He, Q.; Joy, D. C.; Keffer, D. J. RSC Adv. 2013, 3, 15792-15804
15. Kreuer, K. D.; Paddison, S. J.; Spohr, E.; Schuster, M. Chem. Rev. 2004, 104, 4637-4678
16. Gierke, T. D.; Munn, G. E.; Wilson, F. C. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 1981, 19, 1687-1704
17. Hsu, W. Y.; Gierke, T. D. J. Membr. Sci. 1983, 13, 307-326
18. Yeager, H. L.; Steck, A. J. Electrochem. Soc. 1981, 128, 1880-1884
19. Verbrugge, M. W.; Hill, R. F. J. Electrochem. Soc. 1990, 137, 886-893
20. James, P. J.; Elliott, J. A.; McMaster, T. J.; Newton, J. M.; Elliott, A. M. S.; Hanna, S.; Miles, M. J. J. Mater. Sci. 2000, 35, 5111-5119
21. Kreuer, K. D. J. Membr. Sci. 2001, 185, 29-39
22. Haubold, H. G.; Vad, T.; Jungbluth, H.; Hiller, P. Electrochim. Acta 2001, 46, 1559-1563
23. Rollet, A. L.; Gebel, G.; Simonin, J. P.; Turq, P. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2001, 39, 548-558
24. Young, S. K.; Trevino, S. F.; Tan, N. C. B. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2002, 40, 387-400
25. Fujimura, M.; Hashimoto, T.; Kawai, H. Macromolecules 1981, 14, 1309-1315
26. Fujimura, M.; Hashimoto, T.; Kawai, H. Macromolecules 1982, 15, 136-144
27. Lehmani, A.; Durand-Vidal, S.; Turq, P. J. Appl. Polym. Sci. 1998, 68, 503-508
28. Porat, Z.; Fryer, J. R.; Huxham, M.; Rubinstein, I. J. Phys. Chem. 1995, 99, 4667-4671
29. Eikerling, M.; Kornyshev, A. A.; Stimming, U. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 10807-10820
30. Datye, V. K.; Taylor, P. L.; Hopfinger, A. J. Macromolecules 1984, 17, 1704-1708
31. Mauritz, K. A.; Rogers, C. E. Macromolecules 1985, 18, 483-491
32. Elliott, J. A.; Hanna, S.; Elliott, A. M. S.; Cooley, G. E. Macromolecules 2000, 33, 4161-4171
33. Tovbin, Y. K.; Vasyatkin, N. F. Colloids Surf., A 1999, 158, 385-397
34. Liu, J.; Suraweera, N.; Keffer, D. J.; Cui, S.; Paddison, S. J. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11279-11292
35. Wu, D.; Paddison, S. J.; Elliott, J. A. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 284-293
36. Liu, J. W.; Selvan, M. E.; Cui, S.; Edwards, B. J.; Keffer, D. J.; Steele, W. V. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 1985-1993
37. Calvo-Munoz, E. M.; Selvan, M. E.; Xiong, R.; Ojha, M.; Keffer, D. J.; Nicholson, D. M.; Egami, T. Phys. Rev. E 2011, 83
38. He, Q.; Joy, D. C.; Keffer, D. J. J. Power Sources 2013, 241, 634-646
39. Zawodzinski, T. A.; Derouin, C.; Radzinski, S.; Sherman, R. J.; Smith, V. T.; Springer, T. E.; Gottesfeld, S. J. Electrochem. Soc. 1993, 140, 1041-1047
40. Park, M. J.; Downing, K. H.; Jackson, A.; Gomez, E. D.; Minor, A. M.; Cookson, D.; Weber, A. Z.; Balsara, N. P. Nano Lett. 2007, 7, 3547-3552
41. Cui, S.; Liu, J.; Selvan, M. E.; Paddison, S. J.; Keffer, D. J.; Edwards, B. J. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 13273-13284
42. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935
43. Neria, E.; Fischer, S.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 1996, 105, 1902-1921
44. Urata, S.; Irisawa, J.; Takada, A.; Shinoda, W.; Tsuzuki, S.; Mikami, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 4269-4278
45. Selvan, M. E.; Calva-Munoz, E.; Keffer, D. J. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 3052-3061
46. Subhramannia, M.; Pillai, V. K. J. Mater. Chem. 2008, 18, 5858-5870
47. Lee, P.-C.; Han, T.-H.; Kim, D. O.; Lee, J.-H.; Kang, S.-J.; Chung, C.-H.; Lee, Y.; Cho, S. M.; Choi, H.-G.; Kim, T.; Lee, E.; Nam, J.-D. J. Membr. Sci. 2008, 322, 441-445
48. Fu, X. Y.; Wang, Y. A.; Wu, N. Z.; Gui, L. L.; Tang, Y. Q. Langmuir 2002, 18, 4619-4624
49. Imai, H.; Izumi, K.; Matsumoto, M.; Kubo, Y.; Kato, K.; Imai, Y. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6293-6300
50. Hendriksen, B. L. M.; Bobaru, S. C.; Frenken, J. W. M. Catal. Today 2005, 105, 234-243
51. Hendriksen, B. L. M.; Frenken, J. W. M. Phys. Rev. Lett. 2002, 89
52. Singh, J.; Nachtegaal, M.; Alayon, E. M. C.; Stotzel, J.; van Bokhoven, J. A. ChemCatChem 2010, 2, 653-657
53. Alayon, E. M. C.; Singh, J.; Nachtegaal, M.; Harfouche, M.; van Bokhoven, J. A. J. Catal. 2009, 263, 228-238
54. Schniepp, H. C.; Li, J. L.; McAllister, M. J.; Sai, H.; Herrera-Alonso, M.; Adamson, D. H.; Prud'homme, R. K.; Car, R.; Saville, D. A.; Aksay, I. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8535-8539
55. Lerf, A.; He, H. Y.; Forster, M.; Klinowski, J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 4477-4482
56. Lamas, E. J.; Albuena, P. B. Electrochim. Acta 2006, 51, 5904-5911
57. Liem, S. Y.; Chan, K. Y. Surf. Sci. 1995, 328, 119-128
58. Callejas-Tovar, R.; Liao, W. T.; Mera, H.; Balbuena, P. B. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 23768-23777
59. Wu, G. W.; Chan, K. Y. J. Electroanal. Chem. 1998, 450, 225-231
60. Selvan, M. E.; He, Q. P.; Calvo-Munoz, E. M.; Keffer, D. J. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 12890-12899
61. Selvan, M. E.; Liu, J.; Keffer, D. J.; Cui, S.; Edwards, B. J.; Steele, W. V. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 1975-1984
62. Gasteiger, H. A.; Kocha, S. S.; Sompalli, B.; Wagner, F. T. Appl. Catal., B 2005, 56, 9-35
63. Schiros, T.; Andersson, K. J.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A.; Ogasawara, H. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2010, 177, 85-98
64. Skulason, E.; Karlberg, G. S.; Rossmeisl, J.; Bligaard, T.; Greeley, J.; Jonsson, H.; Norskov, J. K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 3241-3250
65. Chen, S.; Ferreira, P. J.; Sheng, W.; Yabuuchi, N.; Allard, L. F.; Shao-Horn, Y. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13818-13819
66. Chen, S.; Gasteiger, H. A.; Hayakawa, K.; Tada, T.; Shao-Horn, Y. J. Electrochem. Soc. 2010, 157, A82-A97
67. Chen, S.; Sheng, W.; Yabuuchi, N.; Ferreira, P. J.; Allard, L. F.; Shao-Horn, Y. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 1109-1125
68. Zope, B. N.; Hibbitts, D. D.; Neurock, M.; Davis, R. J. Science 2010, 330, 74-78
69. Allian, A. D.; Takanabe, K.; Fujdala, K. L.; Hao, X.; Truex, T. J.; Cai, J.; Buda, C.; Neurock, M.; Iglesia, E. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4498-4517
70. Rossmeisl, J.; Norskov, J. K.; Taylor, C. D.; Janik, M. J.; Neurock, M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 21833-21839
71. Ge, Q.; Neurock, M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1551-1559
72. Vishnyakov, A.; Neimark, A. V. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 7830-7834
73. Vishnyakov, A.; Neimark, A. V. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 9586-9594
74. Cui, S. T.; Siepmann, J. I.; Cochran, H. D.; Cummings, P. T. Fluid Phase Equilib. 1998, 146, 51-61
75. Li, H. C.; McCabe, C.; Cui, S. T.; Cummings, P. T.; Cochran, H. D. Mol. Phys. 2003, 101, 2157-2169
76. Wolf, D.; Keblinski, P.; Phillpot, S. R.; Eggebrecht, J. J. Chem. Phys. 1999, 110, 8254-8282
77. Nose, S. Mol. Phys. 1984, 52, 255-268
78. Nose, S. J. Chem. Phys. 1984, 81, 511-519
79. Tuckerman, M.; Berne, B. J.; Martyna, G. J. J. Chem. Phys. 1992, 97, 1990-2001
80. Keffer, D. J. https://trace.lib.utk.edu/home/davidkeffer/sites/atoms/ animmn.html (2013).
81. McQuarrie, D. A. Statistical Mechanics; University Science Books: Sausalito, CA, 2000.
82. Arico, A. S.; Creti, P.; Antonucci, P. L.; Cho, J.; Kim, H.; Antonucci, V. Electrochim. Acta 1998, 43, 3719-3729
83. Jenkins, C. L.; Meredith, H. J.; Wilker, J. J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 5091-5096
84. Sasikumar, G.; Ihm, J. W.; Ryu, H. J. Power Sources 2004, 132, 11-17
85. Kinoshit., K.; Bett, J. Carbon 1973, 11, 237-247
86. Wood, D. L.; Chlistunoff, J.; Majewski, J.; Borup, R. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18096-18104