Materials and characterization techniques for high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells

Beilstein Journal of Nanotechnology

Volumn 6, Issue 1, 2015, Pages 68-83

  Zeis, Roswitha ^a  

^a HELMHOLTZ INSTITUTE ULM HIU   (Germany)

Author keywords

Binder; Catalysts; Characterization techniques; High temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (HT PEMFC); Membrane electrode assembly (MEA); Phosphoric acid doped polybenzimidazole (PBI)

Indexed keywords

ATOMIC FORCE MICROSCOPY; BINDERS; CATALYSTS; CHARACTERIZATION; DIFFUSION IN GASES; ELECTRODES; ELECTROLYTIC REDUCTION; FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; HYDROPHILICITY; MATERIALS PROPERTIES; MEMBRANES; PHOSPHORIC ACID; PHOSPHORIC ACID FUEL CELLS (PAFC); POLYELECTROLYTES; PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS (PEMFC); REACTION KINETICS;

CHARACTERIZATION TECHNIQUES; ELECTRODE-MEMBRANE INTERFACE; HIGH TEMPERATURE MEMBRANES; HIGH TEMPERATURE POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANES; MATERIALS CHARACTERIZATION; MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLIES; PHOSPHORIC ACID DOPED POLYBENZIMIDAZOLE; PROTON-CONDUCTIVE ELECTROLYTES;

SOLID ELECTROLYTES;

EID: 84923009182     PISSN: None     EISSN: 21904286     Source Type: Journal    
DOI: 10.3762/bjnano.6.8     Document Type: Review

References (70)

1. Modestov, A. D.; Tarasevich, M. R.; Filimonov, V. Ya.; Davydova, E. S. Electrochim. Acta 2010, 55, 6073-6080. doi:10.1016/j.electacta.2010.05.068
2. Boaventura, M.; Sander, H.; Friedrich, K. A.; Mendes, A. Electrochim. Acta 2011, 56, 9467-9475. doi:10.1016/j.electacta.2011.08.039
3. Krishnan, P.; Park, J.-S.; Kim, C.-S. J. Power Sources 2006, 159, 817-823. doi:10.1016/j.jpowsour.2005.11.071
4. Li, Q.; Jensen, J. O.; Savinell, R. F.; Bjerrum, N. J. Prog. Polym. Sci. 2009, 34, 449-477. doi:10.1016/j.progpolymsci.2008.12.003
5. Bandlamudi, G. C.; Saborni, M.; Beckhaus, P.; Mahlendorf, F.; Heinzel, A. J. Fuel Cell Sci. Technol. 2010, 7, 014501. doi:10.1115/1.3119054
6. Holladay, J. D.; Wainright, J. S.; Jones, E. O.; Gano, S. R. J. Power Sources 2004, 130, 111-118. doi:10.1016/j.jpowsour.2003.11.055
7. Pan, C.; He, R.; Li, Q.; Jensen, J. O.; Bjerrum, N. J.; Hjulmand, H. A.; Jensen, A. B. J. Power Sources 2005, 145, 392-398. doi:10.1016/j.jpowsour.2005.02.056
8. Li, H.; Tang, Y.; Wang, Z.; Shi, Z.; Wu, S.; Song, D.; Zhang, J.; Fatih, K.; Zhang, J.; Wang, H.; Liu, Z.; Abouatallah, R.; Mazza, A. J. Power Sources 2008, 178, 103-117. doi:10.1016/j.jpowsour.2007.12.068
9. Bazylak, A. Int. J. Hydrogen Energy 2009, 34, 3845-3857. doi:10.1016/j.ijhydene.2009.02.084
10. Berg, P.; Promislow, K.; St Pierre, J.; Stumper, J.; Wetton, B. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A341-A353. doi:10.1149/1.1641033
11. Galbiati, S. Experimental Study of Polybenzimidazole Based High Temperature Polymer Electrolyte Fuel Cells. Ph.D. Thesis, Politechnico di Milano, Milan, Italy, 2012.
12. Mack, F.; Klages, M.; Scholta, J.; Jörissen, L.; Morawietz, T.; Hiesgen, R.; Kramer, D.; Zeis, R. J. Power Sources 2014, 255, 431-438. doi:10.1016/j.jpowsour.2014.01.032
13. Chandan, A.; Hattenberger, M.; El-Kharouf, A.; Du, S.; Dhir, A.; Self, V.; Pollet, B. G.; Ingram, A.; Bujalski, W. J. Power Sources 2013, 231, 264-278. doi:10.1016/j.jpowsour.2012.11.126
14. Gojkovic, S. Lj.; Zecevic, S. K.; Savinell, R. F. J. Electrochem. Soc. 1998, 145, 3713-3720. doi:10.1149/1.1838864
15. Liu, Z.; Wainright, J. S.; Litt, M. H.; Savinell, R. F. Electrochim. Acta 2006, 51, 3914-3923. doi:10.1016/j.electacta.2005.11.019
16. Zhang, J.; Xie, Z.; Zhang, J.; Tanga, Y.; Song, C.; Navessin, T.; Shi, Z.; Song, D.; Wang, H.; Wilkinson, D. P.; Liu, Z.-S.; Holdcroft, S. J. Power Sources 2006, 160, 872-891. doi:10.1016/j.jpowsour.2006.05.034
17. Mader, J.; Xiao, L.; Schmidt, T. J.; Benicewicz, B. C. Polybenzimidazole/Acid Complexes as High-Temperature Membranes. In Fuel Cells II; Scherer, G. G., Ed.; Advances in Polymer Science, Vol. 216; Springer-Verlag: Berlin, Germany, 2008; pp 63-124. doi:10.1007/12_2007_129
18. Asensio, J. A.; Sánchez, E. M.; Gómez-Romero, P. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3210-3239. doi:10.1039/b922650h
19. Li, Q.; He, R.; Jensen, J. O.; Bjerrum, N. J. Chem. Mater. 2003, 15, 4896-4915. doi:10.1021/cm0310519
20. Lehnert, W.; Wannek, C.; Zeis, R. Trends in High-Temperature Polymer Electrolyte Fuel Cells. In Innovations in Fuel Cell Technologies; Steinberger-Wilckens, R.; Lehnert, W., Eds.; Royal Society of Chemistry: Cambridge, UK, 2010; pp 41-75. doi:10.1039/9781849732109-00041
21. Wang, J.-T.; Savinell, R. F.; Wainright, J.; Litt, M.; Yu, H. Electrochim. Acta 1996, 41, 193-197. doi:10.1016/0013-4686(95)00313-4
22. Wainright, J. S.; Wang, J.-T.; Weng, D.; Savinell, R. F.; Litt, M. J. Electrochem. Soc. 1995, 142, L121-L123. doi:10.1149/1.2044337
23. Li, Q.; He, R.; Jensen, J. O.; Bjerrum, N. J. Fuel Cells 2004, 4, 147-159. doi:10.1002/fuce.200400020
24. Wannek, C.; Konradi, I.; Mergel, J.; Lehnert, W. Int. J. Hydrogen Energy 2009, 34, 9479-9485. doi:10.1016/j.ijhydene.2009.09.076
25. Oono, Y.; Sounai, A.; Hori, M. J. Power Sources 2009, 189, 943-949. doi:10.1016/j.jpowsour.2008.12.115
26. Conti, F.; Majerus, A.; Di Noto, V.; Korte, C.; Lehnert, W.; Stolten, D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 10022-10026. doi:10.1039/c2cp40553a
27. Wannek, C.; Lehnert, W.; Mergel, J. J. Power Sources 2009, 192, 258-266. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.03.051
28. Schmidt, T. J.; Baurmeister, J. J. Power Sources 2008, 176, 428-434. doi:10.1016/j.jpowsour.2007.08.055
29. Bouchet, R.; Siebert, E. Solid State Ionics 1999, 118, 287-299. doi:10.1016/S0167-2738(98)00466-4
30. Glipa, X.; Bonnet, B.; Mula, B.; Jones, D. J.; Roziere, J. J. Mater. Chem. 1999, 9, 3045-3049. doi:10.1039/a906060j
31. He, R.; Li, Q.; Jensen, J. O.; Bjerrum, N. J. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2007, 45, 2989-2997. doi:10.1002/pola.22053
32. He, R.; Li, Q.; Xiao, G.; Bjerrum, N. J. J. Membr. Sci. 2003, 226, 169-184. doi:10.1016/j.memsci.2003.09.002
33. Ma, Y.-L.; Wainright, J. S.; Litt, M. H.; Savinell, R. F. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A8-A16. doi:10.1149/1.1630037
34. Mack, F.; Heissler, S.; Laukenmann, R.; Zeis, R. J. Power Sources 2014, 270, 627-633. doi:10.1016/j.jpowsour.2014.06.171
35. Wippermann, K.; Wannek, C.; Oetjen, H.-F.; Mergel, J.; Lehnert, W. J. Power Sources 2010, 195, 2806-2809. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.10.100
36. Zeis, R.; Mathur, A.; Fritz, G.; Lee, J.; Erlebacher, J. J. Power Sources 2007, 165, 65-72. doi:10.1016/j.jpowsour.2006.12.007
37. Mazúr, P.; Soukup, J.; Paidar, M.; Bouzek, K. J. Appl. Electrochem. 2011, 41, 1013-1019. doi:10.1007/s10800-011-0325-9
38. Gülzow, E.; Schulze, M.; Wagner, N.; Kaz, T.; Reissner, R.; Steinhilber, G.; Schneider, A. J. Power Sources 2000, 86, 352-362. doi:10.1016/S0378-7753(99)00451-6
39. Gasda, M. D.; Teki, R.; Lu, T.-M.; Koratkar, N.; Eisman, G. A.; Gall, D. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, B614-B619. doi:10.1149/1.3097188
40. Eberhardt, S. H.; Büchi, F.; Schmidt, T. J. Determination of phosphoric acid concentrations in HT-PEFC components by X-ray tomographic microcscopy. Paul Scherrer Institut, Electrochemistry Laboratory, Annual Report 2013; Paul Scherrer Institut: Villingen, Switzerland, 2014; pp 13-14. doi:10.3929/ethz-a-007047464
41. Mukerjee, S.; Srinivasan, S. J. Electroanal. Chem. 1993, 357, 201-224. doi:10.1016/0022-0728(93)80380-Z
42. Paulus, U. A.; Wokaun, A.; Scherer, G. G.; Schmidt, T. J.; Stamenkovic, V.; Markovic, N. M.; Ross, P. N. Electrochim. Acta 2002, 47, 3787-3798. doi:10.1016/S0013-4686(02)00349-3
43. Antolini, E.; Salgado, J. R. C.; Gonzalez, E. R. J. Power Sources 2006, 160, 957-968. doi:10.1016/j.jpowsour.2006.03.006
44. Toda, T.; Igarashi, H.; Uchida, H.; Watanabe, M. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 3750-3756. doi:10.1149/1.1392544
45. Rao, C. V.; Parrondo, J.; Ghatty, S. L.; Rambabu, B. J. Power Sources 2010, 195, 3425-3430. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.12.022
46. Mamlouk, M.; Jang, J. H.; Scott, K. J. Fuel Cell Sci. Technol. 2011, 9, 011002. doi:10.1115/1.4004461
47. Wang, X.; Li, W.; Chen, Z.; Waje, M.; Yan, Y. J. Power Sources 2006, 158, 154-159. doi:10.1016/j.jpowsour.2005.09.039
48. Matsumoto, K.; Fujigaya, T.; Sasaki, K.; Nakashima, N. J. Mater. Chem. 2011, 21, 1187-1190. doi:10.1039/c0jm02744h
49. Fujigaya, T.; Nakashima, N. Adv. Mater. 2013, 25, 1666-1681. doi:10.1002/adma.201204461 50.
50. Lobato, J.; Cañizares, P.; Rodrigo, M. A.; Linares, J. J.; Pinar, F. J. Int. J. Hydrogen Energy 2010, 35, 1347-1355. doi:10.1016/j.ijhydene.2009.11.091
51. Seland, F.; Berning, T.; Børresen, B.; Tunold, R. J. Power Sources 2006, 160, 27-36. doi:10.1016/j.jpowsour.2006.01.047
52. Mack, F.; Morawietz, T.; Hiesgen, R.; Kramer, D.; Zeis, R. ECS Trans. 2013, 58, 881-888. doi:10.1149/05801.0881ecst
53. Martin, S.; Li, Q.; Steenberg, T.; Jensen, J. O. J. Power Sources 2014, 272, 559-566. doi:10.1016/j.jpowsour.2014.08.112
54. Giffin, G. A.; Conti, F.; Lavina, S.; Majerus, A.; Pace, G.; Korte, C.; Lehnert, W.; Di Noto, V. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39, 2776-2784. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.04.152
55. Daletou, M. K.; Geormezi, M.; Vogli, E.; Voyiatzis, G. A.; Neophytides, S. G. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 1117-1127. doi:10.1039/c3ta13335d
56. Li, Q.; He, R.; Berg, R. W.; Hjuler, H. A.; Bjerrum, N. J. Solid State Ionics 2004, 168, 177-185. doi:10.1016/j.ssi.2004.02.013
57. Musto, P.; Karasz, F. E.; MacKnight, W. J. Polymer 1993, 34, 2934-2945. doi:10.1016/0032-3861(93)90618-K
58. Musto, P.; Karasz, F. E.; MacKnight, W. J. Polymer 1989, 30, 1012-1021. doi:10.1016/0032-3861(89)90072-4
59. Habib, M. A.; Bockris, J. O'M. J. Electrochem. Soc. 1985, 132, 108-114. doi:10.1149/1.2113736
60. Nart, F. C.; Iwasita, T. Electrochim. Acta 1992, 37, 385-391. doi:10.1016/0013-4686(92)87026-V
61. Weber, M.; Nart, F. C.; de Moraes, I. R.; Iwasita, T. J. Phys. Chem. 1996, 100, 19933-19938. doi:10.1021/jp960952k
62. Neophytides, G.; Quaroni, L.; Büchi, F. N.; Orfanidi, A.; Neophytides, S. G.; Schmidt, T. Electrochem. Commun. 2013, 34, 200-203. doi:10.1016/j.elecom.2013.06.012
63. Kaserer, S.; Caldwell, K. M.; Ramaker, D. E.; Roth, C. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 6210-6217. doi:10.1021/jp311924q
64. He, Q.; Shyam, B.; Nishijima, M.; Ramaker, D.; Mukerjee, S. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 4877-4887. doi:10.1021/jp309282n
65. Maier, W.; Arlt, T.; Wannek, C.; Manke, I.; Riesemeier, H.; Kruger, P.; Scholta, J.; Lehnert, W.; Banhart, J.; Stolten, D. Electrochem. Commun. 2010, 12, 1436-1438. doi:10.1016/j.elecom.2010.08.002
66. Maier, W.; Arlt, T.; Wippermann, K.; Wannek, C.; Manke, I.; Lehnert, W.; Stolten, D. J. Electrochem. Soc. 2012, 159, F398-F404. doi:10.1149/2.024208jes
67. Tobias, A.; Wiebke, M.; Tötzke, C.; Wannek, C.; Markötter, H.; Wieder, F.; Banhart, J.; Lehnert, W.; Manke, I. J. Power Sources 2014, 246, 290-298. doi:10.1016/j.jpowsour.2013.07.094
68. Kuhn, R.; Scholta, J.; Krüger, P.; Hartnig, C.; Lehnert, W.; Arlt, T.; Manke, I. J. Power Sources 2011, 196, 5231-5239. doi:10.1016/j.jpowsour.2010.11.025
69. Diedrichs, A.; Rastedt, M.; Pinar, F. J.; Wagner, P. J. Appl. Electrochem. 2013, 43, 1079-1099. doi:10.1007/s10800-013-0597-3
70. Boillat, P.; Biesdorf, J.; Oberholzer, P.; Kaestner, A.; Schmidt, T. J. J. Electrochem. Soc. 2014, 161, F192-F198. doi:10.1149/2.023403jes