Ionomer network of catalyst layers for proton exchange membrane fuel cell

离聚物 质子交换膜燃料电池 催化作用 材料科学 化学工程 电导率 电解质 高分子化学 复合材料 化学 电极 聚合物 有机化学 物理化学 工程类 共聚物 生物化学
作者
Hongliang Ren,Yue Teng,Xiangchao Meng,Dahui Fang,He Huang,Jiangtao Geng,Zhigang Shao
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:506: 230186-230186 被引量:109
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.230186
摘要

The ionomer binder within catalyst layer (CL) plays a vital role in proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). Short-side-chain (SSC) perfluorosulfonic acid (PFSA) ionomers have recently gained considerable attention due to their superior PEMFC performance. However, most studies have focused primarily on SSC ionomer cell performance and seldomly explore the internal mechanism. The intrinsic relationships between catalyst ink and cell performance are still vague. Herein, the structure-property correlations among catalyst ink, CL microstructure, and PEMFC performance with different equivalent weight (EW) ionomers were proposed, especially, the distribution of different EW ionomers in the CL was observed. Our results show that the high ion exchange capacity (IEC) and low ionomer adsorption on Pt/C increase the ease of SSC ionomer to form Pt/C-ionomer connection network in the catalyst ink. Subsequently, a more uniform and continuous ionomer proton conduction network was observed in the CL containing SSC ionomer, which increased the active area, but at the cost of macropore volume. Combined with the high IEC of SSC ionomer, superior proton conductivity and high mass transport resistance for SSC ionomer electrodes are manifested in the ultimate performance. This work also provides an effective way to construct high-performance fuel cells containing SSC PFSA ionomer.
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