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Enregistrement W4235675118 · doi:10.1149/ma2018-01/30/1769

Structure, Properties, and Degradation of Ultrathin Ionomer Films in Fuel Cell Catalytic Layers

2018· article· en· W4235675118 sur OpenAlexaff
Renate Hiesgen, Tobias Morawietz, Michael Handl, C. Oldani, Kunal Karan, K. Andreas Friedrich

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2018
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFuel Cells and Related Materials
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésIonomerMaterials scienceNafionElectrodeAgglomerateNanostructureElectrolytePolymerChemical engineeringComposite materialNanotechnologyElectrochemistryCopolymerChemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The performance of polymer electrolyte fuel cells and electrolysers depends on the nanostructure of its components. Mainly the nanostructured electrodes determine cell performance and degradation. In working fuel cell electrodes, the ionomer films that encapsulate the Pt/C agglomerates have a thickness of 4-20 nm and fall within the range of ultrathin films [1]. In recent years, an oxygen transport resistance has been identified as a major hurdle in the development of low-loaded MEAs and the ionomer layer has been postulated to be the reason for additional loses [2]. The quantitative investigation of the nanostructure of fuel cell electrodes, especially the analysis of the correct dimensions of the ionomer component has proven to be exceptionally difficult. Using electron beam-based techniques that need vacuum the ionomer is drying and significantly shrinking in addition to a low contrast between ionomer and carbon components. Also cryogenic TEM analysis may alter the sample by use of alcoholic solvents that have an input on structure, despite of beam damage. Atomic force microscopy (AFM) has the advantage to work in humid environment and at elevated temperatures, close to operational conditions [3]. Using material-sensitive tapping mode, the high contrast between the ionomer- and the Pt/C phase in adhesion force mapping allows studying the distribution and thickness of the ionomer films that cover the Pt/C agglomerates (Figure 1a) [3,4]. In this contribution, the analysis of cross-sections of Nafion- and Aquivion–based fuel cell electrodes by material-sensitive AFM will be presented. Analysis of pristine electrodes delivers the distribution of the ionomer films, small ionomer clusters, and larger agglomerates. A distribution of ionomer films ranging from roughly 4 to 20 nm was retrieved (Figure 1b). After operation, significant thinning of the ionomer films depending on location within the membrane-electrode-assembly and preparation was found. Differences of the swelling behavior of the ionomer films prior and after operation were used as a measure for ionomer degradation. Part of the thinning was assigned to ionomer redistribution during operation. A dependence of macroscopic cell degradation on initial electrode ionomer film thickness was observed. For further determination of the properties of such ultrathin films model layers of Nafion®, and Aquivion® PFSA were examined. Conductive AFM allowed investigations of through- and in-plane conductivity in dependence of the film thickness. Significant differences in conductivity for films below 10 nm thickness were detected (Figure 1c). References [1] S. Holdcroft, Fuel Cell Catalyst Layers: A Polymer Science Perspective, Chem. Mater. 26, 381–393 (2014) [2] A. Kongkanand, M. F. Mathias, The Priority and Challenge of High-Power Performance of Low-Platinum Proton-Exchange Membrane Fuel Cells, J. Phys. Chem. Lett., 7, 1127−1137 (2016) [3] R. Hiesgen, T. Morawietz, M. Handl, M. Corasaniti, K.A. Friedrich, Atomic Force Microscopy on Cross Sections of Fuel Cell Membranes, Electrodes, and Membrane Electrode Assemblies, 162, Electrochimica Acta, 86–99 (2015) [4] T. Morawietz, M. Handl, C. Oldani, K.A. Friedrich, R. Hiesgen, Quantitative in Situ Analysis of Ionomer Structure in Fuel Cell Catalytic Layers, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8, 27044–27054 (2016) Figure 1: (a) AFM adhesion force mapping of electrode cross-section with bright ionomer phase and black Pt-covered areas, (b) distribution of ionomer film thicknesses before operation on an area of 1 x 1 µm 2 , and (c) dependence of tapping-mode measured current on Aquivion film thickness at room temperature. Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,118
Score d'incertitude au seuil0,369

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,013
Tête enseignante GPT0,188
Écart entre enseignants0,175 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2018
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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