Nanostructured ion-exchange membranes for fuel cells: Recent advances and perspectives

Advanced Materials

Volumn 27, Issue 36, 2015, Pages 5280-5295

  He, Guangwei ^a,b   Li, Zhen ^a,b   Zhao, Jing ^a,b   Wang, Shaofei ^a,b   Wu, Hong ^a,b   Guiver, Michael D ^a,b   Jiang, Zhongyi ^a,b  

^a Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering ^*  (China)

^b TIANJIN UNIVERSITY   (China)

Author keywords

fuel cells; ion exchange membranes; microenvironments; nanostructure; structure property relationships

Indexed keywords

ALKALINE FUEL CELLS; ALKALINITY; AROMATIC POLYMERS; COMPOSITE MEMBRANES; FILLED POLYMERS; FUEL CELLS; GAS FUEL PURIFICATION; ION EXCHANGE; IONS; MEMBRANES; NANOSTRUCTURES;

CHEMICAL MICROENVIRONMENT; ION-TRANSPORT PROPERTIES; MICROENVIRONMENTS; NANOSCALE STRUCTURE; NANOSTRUCTURED POLYMERS; POLYMER-BASED MATERIALS; POSSIBLE FUTURES; STRUCTURE PROPERTY RELATIONSHIPS;

ION EXCHANGE MEMBRANES;

EID: 84941934457     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.201501406     Document Type: Article

References (90)

1. a) S. Bose, T. Kuila, T. X. H. Nguyen, N. H. Kim, K.-t. Lau, J. H. Lee, Prog. Polym. Sci. 2011, 36, 813;
2. b) A. K. Mishra, S. Bose, T. Kuila, N. H. Kim, J. H. Lee, Prog. Polym. Sci. 2012, 37, 842.
3. N. Li, M. D. Guiver, Macromolecules 2014, 47, 2175.
4. C. H. Park, C. H. Lee, M. D. Guiver, Y. M. Lee, Prog. Polym. Sci. 2011, 36, 1443.
5. J. R. Varcoe, P. Atanassov, D. R. Dekel, A. M. Herring, M. A. Hickner, P. A. Kohl, A. R. Kucernak, W. E. Mustain, K. Nijmeijer, K. Scott, T. Xu, L. Zhuang, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3135.
6. N. Li, C. Wang, S. Y. Lee, C. H. Park, Y. M. Lee, M. D. Guiver, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 9158.
7. T. J. Peckham, S. Holdcroft, Adv. Mater. 2010, 22, 4667.
8. N. Yokota, M. Shimada, H. Ono, R. Akiyama, E. Nishino, K. Asazawa, J. Miyake, M. Watanabe, K. Miyatake, Macromolecules 2014, 47, 8238.
9. N. Yokota, H. Ono, J. Miyake, E. Nishino, K. Asazawa, M. Watanabe, K. Miyatake, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 17044.
10. Y. Chang, G. F. Brunello, J. Fuller, M. L. Disabb-Miller, M. E. Hawley, Y. S. Kim, M. A. Hickner, S. S. Jang, C. Bae, Polym. Chem. 2013, 4, 272.
11. J. Ran, L. Wu, B. Wei, Y. Chen, T. Xu, Sci. Rep. 2014, 4, 6486.
12. G. Titvinidze, K.-D. Kreuer, M. Schuster, C. C. de Araujo, J. P. Melchior, W. H. Meyer, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 4456.
13. B. Bae, K. Miyatake, M. Watanabe, Macromolecules 2010, 43, 2684.
14. B. Bae, K. Miyatake, M. Uchida, H. Uchida, Y. Sakiyama, T. Okanishi, M. Watanabe, ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 2786.
15. M. Tanaka, K. Fukasawa, E. Nishino, S. Yamaguchi, K. Yamada, H. Tanaka, B. Bae, K. Miyatake, M. Watanabe, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10646.
16. Y. Yang, D. M. Knauss, Macromolecules 2015, 48, 4471.
17. H. Zarrin, J. Fu, G. Jiang, S. Yoo, J. Lenos, M. Fowler, Z. Chen, ACS Nano 2015, 9, 2028.
18. H. Zarrin, D. Higgins, Y. Jun, Z. Chen, M. Fowler, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 20774.
19. Y. Kim, K. Ketpang, S. Jaritphun, J. S. Park, S. Shanmugam, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 8148.
20. J. Zhang, J. Li, H. Tang, M. Pan, S. P. Jiang, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 20578.
21. E. M. W. Tsang, Z. Zhang, A. C. C. Yang, Z. Shi, T. J. Peckham, R. Narimani, B. J. Frisken, S. Holdcroft, Macromolecules 2009, 42, 9467.
22. Q. Li, L. Liu, Q. Miao, B. Jin, R. Bai, Polym. Chem. 2014, 5, 2208.
23. J. Miyake, M. Sakai, M. Sakamoto, M. Watanabe, K. Miyatake, J. Membr. Sci. 2015, 476, 156.
24. E. M. W. Tsang, Z. Zhang, Z. Shi, T. Soboleva, S. Holdcroft, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15106.
25. M. J. Park, N. P. Balsara, Macromolecules 2008, 41, 3678.
26. M. Lee, J. K. Park, H.-S. Lee, O. Lane, R. B. Moore, J. E. McGrath, D. G. Baird, Polymer 2009, 50, 6129.
27. X.-F. Li, F. P. V. Paoloni, E. A. Weiber, Z.-H. Jiang, P. Jannasch, Macromolecules 2012, 45, 1447.
28. J. Pan, C. Chen, Y. Li, L. Wang, L. Tan, G. Li, X. Tang, L. Xiao, J. Lu, L. Zhuang, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 354.
29. N. Li, Y. Leng, M. A. Hickner, C. Y. Wang, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10124.
30. M. Ingratta, E. P. Jutemar, P. Jannasch, Macromolecules 2011, 44, 2074.
31. a) Y. A. Elabd, M. A. Hickner, Macromolecules 2011, 44, 1;
32. b) K. Umezawa, T. Oshima, M. Yoshizawa-Fujita, Y. Takeoka, M. Rikukawa, ACS Macro Lett. 2012, 1, 969.
33. T. Miyahara, T. Hayano, S. Matsuno, M. Watanabe, K. Miyatake, ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 2881.
34. a) C. Wang, N. Li, D. W. Shin, S. Y. Lee, N. R. Kang, Y. M. Lee, M. D. Guiver, Macromolecules 2011, 44, 7296;
35. b) C. Wang, D. W. Shin, S. Y. Lee, N. R. Kang, G. P. Robertson, Y. M. Lee, M. D. Guiver, J. Mater. Chem. 2012, 22, 25093.
36. a) C. H. Lee, K.-S. Lee, O. Lane, J. E. McGrath, Y. Chen, S. Wi, S. Y. Lee, Y. M. Lee, RSC Adv. 2012, 2, 1025;
37. b) S. Y. Lee, N. R. Kang, D. W. Shin, C. H. Lee, K.-S. Lee, M. D. Guiver, N. Li, Y. M. Lee, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9795;
38. c) Y. Chen, R. Guo, C. H. Lee, M. Lee, J. E. McGrath, Int. J. Hydrogen Energy 2012, 37, 6132.
39. Y. Li, A. C. Jackson, F. L. Beyer, D. M. Knauss, Macromolecules 2014, 47, 6757.
40. R. Wang, X. Wu, X. Yan, G. He, Z. Hu, J. Membr. Sci. 2015, 479, 46.
41. M. J. Park, K. H. Downing, A. Jackson, E. D. Gomez, A. M. Minor, D. Cookson, A. Z. Weber, N. P. Balsara, Nano Lett. 2007, 7, 3547.
42. S. Y. Lee, D. W. Shin, C. Wang, K. H. Lee, M. D. Guiver, Y. M. Lee, Electrochem. Commun. 2013, 31, 120.
43. C. C. d. Araujo, K. D. Kreuer, M. Schuster, G. Portale, H. Mendil-Jakani, G. Gebel, J. Maier, Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 3305.
44. N. Li, L. Wang, M. Hickner, Chem. Commun. 2014, 50, 4092.
45. A. C. C. Yang, R. Narimani, Z. Zhang, B. J. Frisken, S. Holdcroft, Chem. Mater. 2013, 25, 1935.
46. A. C. C. Yang, R. Narimani, B. J. Frisken, S. Holdcroft, J. Membr. Sci. 2014, 469, 251.
47. Q. Li, Y. Chen, J. R. Rowlett, J. E. McGrath, N. H. Mack, Y. S. Kim, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 5779.
48. J. R. Rowlett, Y. Chen, A. T. Shaver, G. B. Fahs, B. J. Sundell, Q. Li, Y. Seung Kim, P. Zelenay, R. B. Moore, S. Mecham, J. E. McGrath, J. Electrochem. Soc. 2014, 161, F535.
49. E. M. W. Tsang, Z. Shi, S. Holdcroft, Macromolecules 2011, 44, 8845.
50. a) K. Nakabayashi, T. Higashihara, M. Ueda, Macromolecules 2010, 43, 5756;
51. b) N. Li, S. Y. Lee, Y.-L. Liu, Y. M. Lee, M. D. Guiver, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5346.
52. K. Si, D. Dong, R. Wycisk, M. Litt, J. Mater. Chem. 2012, 22, 20907.
53. S. Takamuku, A. Wohlfarth, A. Manhart, P. Räder, P. Jannasch, Polym. Chem. 2015, 6, 1267.
54. E. A. Weiber, D. Meis, P. Jannasch, Polym. Chem. 2015, 6, 1986.
55. M. G. Marino, J. P. Melchior, A. Wohlfarth, K. D. Kreuer, J. Membr. Sci. 2014, 464, 61.
56. Y. J. Wang, J. Qiao, R. Baker, J. Zhang, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 5768.
57. a) Z. Yang, J. Zhou, S. Wang, J. Hou, L. Wu, T. Xu, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 15015;
58. b) M. G. Marino, K. D. Kreuer, ChemSusChem 2015, 8, 513.
59. X. Lin, L. Wu, Y. Liu, A. L. Ong, S. D. Poynton, J. R. Varcoe, T. Xu, J. Power Sources 2012, 217, 373.
60. B. Zhang, S. Gu, J. Wang, Y. Liu, A. M. Herring, Y. Yan, RSC Adv. 2012, 2, 12683.
61. K. J. Noonan, K. M. Hugar, H. A. t. Kostalik, E. B. Lobkovsky, H. D. Abruna, G. W. Coates, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18161.
62. a) J. Wang, S. Gu, R. B. Kaspar, B. Zhang, Y. Yan, ChemSusChem 2013, 6, 2079;
63. b) K. M. Hugar, H. A. t. Kostalik, G. W. Coates, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 8730.
64. a) J. Pan, Y. Li, J. Han, G. Li, L. Tan, C. Chen, J. Lu, L. Zhuang, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2912;
65. b) C. G. Arges, V. Ramani, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 2490.
66. Y.-K. Choe, C. Fujimoto, K.-S. Lee, L. T. Dalton, K. Ayers, N. J. Henson, Y. S. Kim, Chem. Mater. 2014, 26, 5675.
67. M. Zhang, J. Liu, Y. Wang, L. An, M. D. Guiver, N. Li, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 12284.
68. Y. Yao, Z. Lin, Y. Li, M. Alcoutlabi, H. Hamouda, X. Zhang, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 1133.
69. B. G. Choi, J. Hong, Y. C. Park, D. H. Jung, W. H. Hong, P. T. Hammond, H. Park, ACS Nano 2011, 5, 5167.
70. M. M. Hasani-Sadrabadi, F. S. Majedi, J. J. VanDersarl, E. Dashtimoghadam, S. R. Ghaffarian, A. Bertsch, H. Moaddel, P. Renaud, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18904.
71. C.-Y. Tseng, Y.-S. Ye, M.-Y. Cheng, K.-Y. Kao, W.-C. Shen, J. Rick, J.-C. Chen, B.-J. Hwang, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 1220.
72. S. Hu, M. Lozada-Hidalgo, F. C. Wang, A. Mishchenko, F. Schedin, R. R. Nair, E. W. Hill, D. W. Boukhvalov, M. I. Katsnelson, R. A. Dryfe, I. V. Grigorieva, H. A. Wu, A. K. Geim, Nature 2014, 516, 227.
73. a) J. Wang, H. Zhang, X. Yang, S. Jiang, W. Lv, Z. Jiang, S. Z. Qiao, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 971;
74. b) J. Wang, X. Yue, Z. Zhang, Z. Yang, Y. Li, H. Zhang, X. Yang, H. Wu, Z. Jiang, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 4539.
75. G. He, Z. Li, Y. Li, Z. Li, H. Wu, X. Yang, Z. Jiang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 5362.
76. Z. Li, G. He, B. Zhang, Y. Cao, H. Wu, Z. Jiang, Z. Tiantian, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 9799.
77. C. Liu, G. Zhang, C. Zhao, X. Li, M. Li, H. Na, Chem. Commun. 2014, 50, 4121.
78. A. M. Park, F. E. Turley, R. J. Wycisk, P. N. Pintauro, Macromolecules 2014, 47, 227.
79. G. He, J. Zhao, S. Hu, L. Li, Z. Li, Y. Li, Z. Li, H. Wu, X. Yang, Z. Jiang, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 15291.
80. Y. He, J. Wang, H. Zhang, T. Zhang, B. Zhang, S. Cao, J. Liu, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 9548.
81. a) S. Rao, R. Xiu, J. Si, S. Lu, M. Yang, Y. Xiang, ChemSusChem 2014, 7, 822;
82. b) O. Sel, A. Soulès, B. Améduri, B. Boutevin, C. Laberty-Robert, G. Gebel, C. Sanchez, Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1090.
83. D. S. Liu, J. N. Ashcraft, M. M. Mannarino, M. N. Silberstein, A. A. Argun, G. C. Rutledge, M. C. Boyce, P. T. Hammond, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 3087.
84. B. Wu, J. Pan, L. Ge, L. Wu, H. Wang, T. Xu, Sci. Rep. 2014, 4, 4334.
85. J. Joseph, C.-Y. Tseng, B.-J. Hwang, J. Power Sources 2011, 196, 7363.
86. M. M. Hasani-Sadrabadi, E. Dashtimoghadam, F. S. Majedi, H. Moaddel, A. Bertsch, P. Renaud, Nanoscale 2013, 5, 11710.
87. T. Ogawa, H. Ushiyama, J.-M. Lee, T. Yamaguchi, K. Yamashita, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 5599.
88. T. Ogawa, T. Aonuma, T. Tamaki, H. Ohashi, H. Ushiyama, K. Yamashita, T. Yamaguchi, Chem. Sci. 2014, 5, 4878.
89. N. Zhang, B. Wang, Y. Zhang, F. Bu, Y. Cui, X. Li, C. Zhao, H. Na, Chem. Commun. 2014, 50, 15381.
90. F. Zhang, Z. Tu, J. Yu, H. Li, C. Huang, H. Zhang, RSC Adv. 2013, 3, 5438.