Water transport and sorption in nafion membrane

ACS Symposium Series

Volumn 1096, Issue , 2012, Pages 175-199

  Kusoglu, Ahmet ^a   Weber, Adam Z ^a  

^a LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DIFFUSION; POLYELECTROLYTES;

MORPHOLOGICAL CHANGES; NAFION MEMBRANE; PERFLUORINATED IONOMER MEMBRANES; SORPTION BEHAVIORS; TIME CONSTANTS; TRANSPORT PROCESS; WATER MOLECULE; WATER TRANSPORT;

MEMBRANES;

EID: 84905564133     PISSN: 00976156     EISSN: 19475918     Source Type: Book Series    
DOI: 10.1021/bk-2012-1096.ch011     Document Type: Conference Paper

References (124)

1. Ramirez-Garcia, S.; Diamond, D. Sens. Actuators, A 2007, 135 (1), 229-235.
2. Shahinpoor, M. Math. Mech. Solids 2003, 8 (3), 281-288.
3. Mathias, M. F.; Makharia, R.; Gasteiger, H. A.; Conley, J. J.; Fuller, T. J.; Gittleman, C. J.; Kocha, S. S.; Miller, D. P.; Mittelsteadt, C. K.; Xie, T.; Van, S. G.; Yu, P. T. Electrochem. Soc. Interface 2005, 14 (3), 24-35.
4. Hickner, M. A.; Pivovar, B. S. Fuel Cells 2005, 5 (2), 213-229.
5. Rajendran, R. G. MRS Bull. 2005, 30 (8), 587-590.
6. Mauritz, K. A.; Moore, R. B. Chem. Rev. 2004, 104 (10), 4535-4585.
7. Springer, T. E.; Zawodzinski, T. A.; Gottesfeld, S. J. Electrochem. Soc. 1991, 138 (8), 2334-2342.
8. Weber, A. Z.; Newman, J. J. Electrochem. Soc. 2004, 151 (2), 311-325.
9. Zawodzinski, T. A.; Derouin, C.; Radzinski, S.; Sherman, R. J.; Smith, V. T.; Springer, T. E.; Gottesfeld, S. J. Electrochem. Soc. 1993, 140 (4), 1041-1047.
10. Hsu, W. Y.; Gierke, T. D. J. Membr. Sci. 1983, 13 (3), 307-326.
11. Gebel, G. Polymer 2000, 41 (15), 5829-5838.
12. Eikerling, M.; Kornyshev, A. A.; Kucernak, A. R. Phys. Today 2006, 59 (10), 38-44.
13. Weber, A. Z.; Newman, J. Chem. Rev. 2004, 104 (10), 4679-4726.
14. Gierke, T. D.; Munn, G. E.; Wilson, F. C. J. Polym. Sci., Polym. Phys. Ed. 1981, 19 (11), 1687-1704.
15. Elliott, J. A.; Wu, D.; Paddison, S. J.; Moore, R. B. Soft Matter 2011, 7 (15), 6820-6827.
16. Kim, M. H.; Glinka, C. J.; Grot, S. A.; Grot, W. G. Macromolecules 2006, 39 (14), 4775-4787.
17. Schmidt-Rohr, K.; Chen, Q. Nat. Mater. 2008, 7 (1), 75-83.
18. Rubatat, L.; Rollet, A. L.; Gebel, G.; Diat, O. Macromolecules 2002, 35 (10), 4050-4055.
19. Bass, M.; Berman, A.; Singh, A.; Konovalov, O.; Freger, V. Macromolecules 2011, 44 (8), 2893-2899.
20. Zelsmann, H. R.; Pineri, M.; Thomas, M.; Escoubes, M. J. Appl. Polym. Sci. 1990, 41 (7-8), 1673-1684.
21. Fuller, T. F. Solid-polymer-electrolyte fuel cells. Ph.D. dissertation, University of California -Berkeley, Berkeley, CA, 1992.
22. Okada, T.; Xie, G.; Gorseth, O.; Kjelstrup, S.; Nakamura, N.; Arimura, T. Electrochim. Acta 1998, 43 (24), 3741-3747.
23. Grossi, N.; Espuche, E.; Escoubes, M. Sep. Purif. Technol. 2001, 22-3 (1-3), 255-267.
24. Rivin, D.; Kendrick, C. E.; Gibson, P. W.; Schneider, N. S. Polymer 2001, 42 (2), 623-635.
25. Ye, X. H.; LeVan, M. D. J. Membr. Sci. 2003, 221 (1-2), 147-161.
26. Ge, S. H.; Li, X. G.; Yi, B. L.; Hsing, I. M. J. Electrochem. Soc. 2005, 152 (6), A1149-A1157.
27. Majsztrik, P.; Bocarsly, A.; Benziger, J. J. Phys. Chem. B 2008, 112 (51), 16280-16289.
28. Monroe, C. W.; Romero, T.; Merida, W.; Eikerling, M. J. Membr. Sci. 2008, 324 (1-2), 1-6.
29. Onishi, L. Equilibrium and transport properties of a proton-exchange membrane for fuel cells. Ph.D. dissertation, University of California, Berkeley, Berkeley, CA, 2009.
30. Schneider, N. S.; Rivin, D. Polymer 2010, 51 (3), 671-678.
31. Kientiz, B.; Yamada, H.; Nonoyama, N.; Weber, A. Z. J. Fuel Cell Sci. Technol. 2011, 8 (1), 011013.
32. Hietala, S.; Maunu, S. L.; Sundholm, F. J. Polym. Sci., Polym. Phys. 2000, 38 (24), 3277-3284.
33. Gong, X.; Bandis, A.; Tao, A.; Meresi, G.; Wang, Y.; Inglefield, P. T.; Jones, A. A.; Wen, W. Y. Polymer 2001, 42 (15), 6485-6492.
34. Edmondson, C. A.; Fontanella, J. J. Solid State Ionics 2002, 152, 355-361.
35. Giotto, M. V.; Zhang, J. H.; Inglefield, P. T.; Wen, W. Y.; Jones, A. A. Macromolecules 2003, 36 (12), 4397-4403.
36. Jayakody, J. R. P.; Stallworth, P. E.; Mananga, E. S.; Farrington-Zapata, J.; Greenbaum, S. G. J. Phys. Chem. B 2004, 108 (14), 4260-4262.
37. Saito, M.; Arimura, N.; Hayamizu, K.; Okada, T. J. Phys. Chem. B 2004, 108 (41), 16064-16070.
38. Tsushima, S.; Teranishi, K.; Hirai, S. Energy 2005, 30 (2-4), 235-245.
39. Saito, M.; Hayamizu, K.; Okada, T. J. Phys. Chem. B 2005, 109 (8), 3112-3119.
40. Zhang, J. H.; Giotto, M. V.; Wen, W. Y.; Jones, A. A. J. Membr. Sci. 2006, 269 (1-2), 118-125.
41. Hensley, J. E.; Way, J. D.; Dec, S. F.; Abney, K. D. J. Membr. Sci. 2007, 298 (1-2), 190-201.
42. Ohkubo, T.; Kidena, K.; Ohira, A. Macromolecules 2008, 41 (22), 8688-8693.
43. Ochi, S.; Kamishima, O.; Mizusaki, J.; Kawamura, J. Solid State Ionics 2009, 180 (6-8), 580-584.
44. Guillermo, A.; Gebel, G.; Mendil-Jakani, H.; Pinton, E. J. Phys. Chem. B 2009, 113 (19), 6710-6717.
45. Kidena, K.; Ohkubo, T.; Takimoto, N.; Ohira, A. Eur. Polym. J. 2010, 46 (3), 450-455.
46. Zhao, Q. A.; Majsztrik, P.; Benziger, J. J. Phys. Chem. B 2011, 115 (12), 2717-2727.
47. Tabuchi, Y.; Ito, R.; Tsushima, S.; Hirai, S. J. Power Sources 2011, 196 (2), 652-658.
48. Yeo, S. C.; Eisenberg, A. J. Appl. Polym. Sci. 1977, 21 (4), 875-898.
49. Takamatsu, T.; Hashiyama, M.; Eisenberg, A. J. Appl. Polym. Sci. 1979, 24 (11), 2199-2220.
50. Morris, D. R.; Sun, X. D. J. Appl. Polym. Sci. 1993, 50 (8), 1445-1452.
51. Legras, M.; Hirata, Y.; Nguyen, Q. T.; Langevin, D.; Metayer, M. Desalination 2002, 147 (1-3), 351-357.
52. Burnett, D. J.; Garcia, A. R.; Thielmann, F. J. Power Sources 2006, 160 (1), 426-430.
53. Hallinan, D. T.; Elabd, Y. A. J. Phys. Chem. B 2007, 111 (46), 13221-13230.
54. Hallinan, D. T.; De Angelis, M. G.; Baschetti, M. G.; Sarti, G. C.; Elabd, Y. A. Macromolecules 2010, 43 (10), 4667-4678.
55. Hallinan, D. T.; Elabd, Y. A. J. Phys. Chem. B 2009, 113 (13), 4257-4266.
56. Majsztrik, P. W.; Satterfield, M. B.; Bocarsly, A. B.; Benziger, J. B. J. Membr. Sci. 2007, 301 (1-2), 93-106.
57. Satterfield, M. B.; Benziger, J. B. J. Phys. Chem. B 2008, 112 (12), 3693-3704.
58. Damay, F.; Klein, L. C. Solid State Ionics 2003, 162, 261-267.
59. Kongkanand, A. J. Phys. Chem. C 2011, 115 (22), 11318-11325.
60. Mangiagli, P. M.; Ewing, C. S.; Xu, K.; Wang, Q.; Hickner, M. A. Fuel Cells 2009, 9 (4), 432-438.
61. Yeager, H. L.; Steck, A. J. Electrochem. Soc. 1981, 128 (9), 1880-1884.
62. Verbrugge, M. W.; Schneider, E. W.; Conell, R. S.; Hill, R. F. J. Electrochem. Soc. 1992, 139 (12), 3421-3428.
63. Suresh, G.; Scindia, Y. M.; Pandey, A. K.; Goswami, A. J. Phys. Chem. B 2004, 108 (13), 4104-4110.
64. Volino, F.; Pineri, M.; Dianoux, A. J.; Degeyer, A. J. Polym. Sci., Polym. Phys. 1982, 20 (3), 481-496.
65. Pivovar, A. A.; Pivovar, B. S. J. Phys. Chem. B 2005, 109 (2), 785-793.
66. Perrin, J. C.; Lyonnard, S.; Volino, F. J. Phys. Chem. C 2007, 111 (8), 3393-3404.
67. Page, K. A.; Park, J. K.; Moore, R. B.; Sakai, V. G. Macromolecules 2009, 42 (7), 2729-2736.
68. Zawodzinski, T. A.; Neeman, M.; Sillerud, L. O.; Gottesfeld, S. J. Phys. Chem. 1991, 95 (15), 6040-6044.
69. Jalani, N. H.; Datta, R. J. Membr. Sci. 2005, 264 (1-2), 167-175.
70. Choi, P.; Jalani, N. H.; Datta, R. J. Electrochem. Soc. 2005, 152 (3), E84-E89.
71. 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 (20), 5111-5119.
72. Takata, H.; Mizuno, N.; Nishikawa, M.; Fukada, S.; Yoshitake, M. Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32 (3), 371-379.
73. Kreuer, K. D. Solid State Ionics 1997, 97 (1-4), 1-15.
74. Alberti, G.; Narducci, R. Fuel Cells 2009, 9 (4), 410-420.
75. Freger, V.; Korin, E.; Wisniak, J.; Korngold, E. J. Membr. Sci. 1997, 133 (2), 255-267.
76. Collette, F. M.; Lorentz, C.; Gebel, G.; Thominette, F. J. Membr. Sci. 2009, 330 (1-2), 21-29.
77. Park, Y. S.; Hatae, T.; Itoh, H.; Jang, M. Y.; Yamazaki, Y. Electrochim. Acta 2004, 50 (2-3), 595-599.
78. Broka, K.; Ekdunge, P. J. Appl. Electrochem. 1997, 27 (2), 117-123.
79. 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 (11), 3547-3552.
80. Pineri, M.; Volino, F.; Escoubes, M. J. Polym. Sci., Polym. Phys. 1985, 23 (10), 2009-2020.
81. Gates, C. M.; Newman, J. AIChE J. 2000, 46 (10), 2076-2085.
82. Mauritz, K. A.; Rogers, C. E. Macromolecules 1985, 18 (3), 483-491.
83. Futerko, P.; Hsing, I. M. J. Electrochem. Soc. 1999, 146 (6), 2049-2053.
84. Hinatsu, J. T.; Mizuhata, M.; Takenaka, H. J. Electrochem. Soc. 1994, 141 (6), 1493-1498.
85. Alberti, G.; Narducci, R.; Sganappa, M. J. Power Sources 2008, 178 (2), 575-583.
86. Laporta, M.; Pegoraro, M.; Zanderighi, L. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1 (19), 4619-4628.
87. Zawodzinski, T. A.; Springer, T. E.; Davey, J.; Jestel, R.; Lopez, C.; Valerio, J.; Gottesfeld, S. J. Electrochem. Soc. 1993, 140 (7), 1981-1985.
88. Choi, P. H.; Datta, R. J. Electrochem. Soc. 2003, 150 (12), E601-E607.
89. Onishi, L. M.; Prausnitz, J. M.; Newman, J. J. Phys. Chem. B 2007, 111 (34), 10166-10173.
90. Bass, M.; Freger, V. Desalination 2006, 199 (1-3), 277-279.
91. Escoubes, M.; Pineri, M.; Robens, E. Thermochim. Acta 1984, 82 (1), 149-160.
92. Thompson, E. L.; Jorne, J.; Gu, W. B.; Gasteiger, H. A. J. Electrochem. Soc. 2008, 155 (6), B625-B634.
93. Siegel, N. P.; Ellis, M. W.; Nelson, D. J.; von Spakovsky, M. R. J. Power Sources 2003, 115 (1), 81-89.
94. Futerko, P.; Hsing, I. M. J. Electrochem. Soc. 1999, 146 (6), 2049-2053.
95. Futerko, P.; Hsing, I. M. Electrochim. Acta 2000, 45 (11), 1741-1751.
96. Hsing, I. M.; Futerko, P. Chem. Eng. Sci. 2000, 55 (19), 4209-4218.
97. Kusoglu, A.; Santare, M. H.; Karlsson, A. M. Polymer 2009, 50 (11), 2481-2491.
98. Meyers, J. P.; Newman, J. J. Electrochem. Soc. 2002, 149 (6), A710-A717.
99. Weber, A. Z.; Newman, J. J. Electrochem. Soc. 2004, 151 (2), A311-A325.
100. Thampan, T.; Malhotra, S.; Tang, H.; Datta, R. J. Electrochem. Soc. 2000, 147 (9), 3242-3250.
101. Choi, P.; Datta, R. J. Electrochem. Soc. 2003, 150 (12), E601-E607.
102. Freger, V. J. Phys. Chem. B 2009, 113 (1), 24-36.
103. Vallieres, C.; Winkelmann, D.; Roizard, D.; Favre, E.; Scharfer, P.; Kind, M. J. Membr. Sci. 2006, 278 (1-2), 357-364.
104. Bass, M.; Freger, V. Polymer 2008, 49 (2), 497-506.
105. Crank, J. The mathematics of diffusion; Clarendon Press: 1975.
106. Tang, Y.; Karlsson, A. M.; Santare, M. H.; Gilbert, M.; Cleghorn, S.; Johnson, W. B. Mater. Sci. Eng. A 2006, 425 (1-2), 297-304.
107. Majsztrik, P. W.; Bocarsly, A. B.; Benziger, J. B. Macromolecules 2008, 41 (24), 9849-9862.
108. Romero, T.; Merida, W. J. Membr. Sci. 2009, 338 (1-2), 135-144.
109. Adachi, M.; Navessin, T.; Xie, Z.; Li, F. H.; Tanaka, S.; Holdcroft, S. J. Membr. Sci. 2010, 364 (1-2), 183-193.
110. Okada, T. J. Electroanal. Chem. 1999, 465 (1), 1-17.
111. Zawodzinski, T. A.; Gottesfeld, S.; Shoichet, S.; Mccarthy, T. J. J. Appl. Electrochem. 1993, 23 (1), 86-88.
112. McLean, R. S.; Doyle, M.; Sauer, B. B. Macromolecules 2000, 33 (17), 6541-6550.
113. Aleksandrova, E.; Hiesgen, R.; Friedrich, K. A.; Roduner, E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9 (21), 2735-2743.
114. Takimoto, N.; Wu, L.; Ohira, A.; Takeoka, Y.; Rikukawa, M. Polymer 2009, 50 (2), 534-540.
115. Van Nguyen, T.; Nguyen, M. V.; Lin, G. Y.; Rao, N. X.; Xie, X.; Zhu, D. M. Electrochem. Solid-State Lett. 2006, 9 (2), A88-A91.
116. Affoune, A. M.; Yamada, A.; Umeda, M. Langmuir 2004, 20 (17), 6965-6968.
117. He, Q.; Kusoglu, A.; Lucas, I. T.; Clark, K.; Weber, A. Z.; Kostecki, R. J. Phys. Chem. B 2011, 115 (40), 11650-11657.
118. Bass, M.; Berman, A.; Singh, A.; Konovalov, O.; Freger, V. J. Phys. Chem. B 2010, 114 (11), 3784-3790.
119. Krtil, P.; Trojanek, A.; Samec, Z. J. Phys. Chem. B 2001, 105 (33), 7979-7983.
120. Newman, J. S.; Thomas-Alyea, K. E. Electrochemical systems; J. Wiley & Sons: 2004.
121. Kreuer, K. D.; Rabenau, A.; Weppner, W. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1982, 21 (3), 208-209.
122. Freger, V. Polymer 2002, 43 (1), 71-76.
123. Luo, Z. P.; Chang, Z. Y.; Zhang, Y. X.; Liu, Z.; Li, J. Int. J. Hydrogen Energy 2010, 35 (7), 3120-3124.
124. Schlick, S.; Gebel, G.; Pineri, M.; Volino, F. Macromolecules 1991, 24 (12), 3517-3521.