ISSN 1608-4039 (Print)
ISSN 1680-9505 (Online)


For citation:

Osetrova N. V., Skundin A. M. Thermostable membranes for fuel cells. Electrochemical Energetics, 2007, vol. 7, iss. 1, pp. 3-?. , EDN: IWDJCI

This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Language: 
Russian
Heading: 
Article type: 
Article
EDN: 
IWDJCI

Thermostable membranes for fuel cells

Autors: 
Osetrova N. V., Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of A. N. Frumkina of RAS
Skundin Aleksandr Mordukhaevich, Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of A. N. Frumkina of RAS
Abstract: 

Thermostable proton exchange membranes for fuel cells are overviewed. Three groups of the membrane are described: modified membranes based on perfluorosulfonic acid, alternative sulfated polymers and corresponding composite membranes, acid-alkali polymer membranes.

Key words: 
Reference: 

1. Heinzel A., Barragan V. M. J. // J. Power Sources. 1999. V. 84. P. 70.
2. Li Qingfeng, He Ronghuan, Jensen J. O., Bjerrum N. J. // Chem. Mater. 2003. V. 15. P. 4896.
3. Li Qingfeng, Hjuler H. A., Bjerrum N. J. // J. Appl. Electrochem. 2001. V. 31. P. 773.
4. Ise M., Kreuer K. D., Maier J. // J. Solid State Ionics. 1999. V. 125. P. 213.
5. Ren X., Gottesfeld S. J. // J. Electrochem. Soc. 2001. V. 148. P. A87.
6. Xiao G., Li Qingfeng, Hjuler H. A., Bjerrum N. J. // J. Electrochem. Soc. 1995. V. 142. P. 2890.
7. Oetjen H.-F., Schmidt V. M., Stimming U., Trila F. J. // J. Electrochem Soc. 1996. V. 143. P. 3838.
8. Hogarth M. P., Hards G. A. // Eur. Fuel Cell News. 1997. V. 4. P. 14.
9. Wasmus S., Kuever A. J. // J. Electroanal. Chem. 1999. V. 461. P. 14.
10. Осетрова Н. В., Скундин А. М. // Электрохим. энергетика. 2006. Т. 6, № 1. С. 30.
11. Li Qingfeng et al. // J. Electrochem. Soc. 2003. V. 150. P. A1599.
12. Li Qingfeng, et al. // J. Electrochem. Solid-State Lett. 2002. V. 5. P. A125.
13. Smitha B., Sridhar S., Khan A. A. // J. Membr. Sci. 2005. V. 259. P. 10.
14. Adjemian K. T. et al. // J. Power Sources. 2002. V. 109. P. 356.
15. Pat. US 5,242,764 МКИ Н01М 8/10 / Near ambient, unhumidified solid polymer fuel cell. 1993.
16. Bae B.et al. // J. Membr. Sci. 2002. V. 202. P. 245.
17. Shim J., Ha H.-Y., Hong S.-A., Oh I.-H. // J. Power Sources. 2002. V. 109. P. 412.
18. Haufe S., Stimming U. // J. Membr. Sci. 2001. V. 185. P. 95.
19. Nouel K. M., Fedkiw P. S. // Electrochim. Acta. 1998. V. 43. P. 2381.
20. Liu W., Ruth K., Rusch G. J. // J. New Mater. Electrochem. Syst. 2001. V. 4. P. 227.
21. Lin J. C., Jnutz H. R., Fenton J. M. // Handbook of Fuel Cells / Eds. W. Vielstich, A. Lamm, H. A. Gasteiger; New York, John Wiley & Sons Ltd. 2003. V. 3. P. 457.
22. Pat. US 523,181 МКИ Н01М 10/40 / Polymer solid-electrolyte composition and electrochemical cell using the composition. 1996.
23. Watanabe M. et al. // Electrochem. Soc. 1996. V. 143. P. 3847.
24. Wang H. et al. // J. Mater. Chem. 2002. V. 12. P. 834.
25. Zhi-Gang Shao, Hongfeng Xu, Mingqiang Li, I-Ming Hsing // Solid State Ionics. 2006. V. 177. P. 779.
26. Sacca A. et al. // J. Power Sources. 2005. V. 152. P. 16.
27. Hague D. C., Mayo M. J. // J. Amеr. Ceram. Soc. 1994. V. 77. P. 1957.
28. Mauritz K. A. // Mater. Sci. Eng. C. 1998. V. 6. P. 121.
29. Zoppi R. A., Yochida I. V. P., Nunes S. P. // Polymer. 1997. V. 39. P. 1309.
30. Zoppi R. A., Nunes S. P. // J. Electroanal. Chem. 1997. V. 445. P. 39.
31. Adjemian K. T. et al. // J. Electrochem. Soc. 2002. V. 149. P. A256.
32. Adjemian K. T., Srinivasan S., Benziger J., Bokarsly A. B. // J. Power Sources. 2002. V. 109. P. 356.
33. Arico A. S., Creti P., Antonucci P. L., Antonucci V. // Electrochem. Solid-State Lett. 1998. V. 2. P. 66.
34. Yeo R. S. // Polymer. 1980. V. 21. P. 432.
35. Florjanczyk Z., Wielgus-Barry E., Poltarzewski Z. // Solid State Ionics. 2001. V. 145. P. 119.
36. Kimmerle F. M., Breault R. // Can. J. Chem. 1980. V. 56. P. 2225.
37. Gebel G., Aldebert P., Pineri M. // Polymer. 1993. V. 34. P. 333.
38. Savinell R. et al. // J. Electrochem. Soc. 1994. V. 141. P. L46.
39. Samms S. R., Wasmus S., Savinell R. F. // J. Electrochem. Soc. 1996. V. 143. P. 1498.
40. Wang J.-T., Wainright J. S., Savinell R. F., Litt. M. // J. Appl. Electrochem. 1996. V. 26. P. 751.
41. Pat. US 5,525,436 МКИ Н01М 8/10 / Proton conducting polymers used as membranes. 1996.
42. Malhotra S., Datta R. J. // J. Electrochem. Soc. 1997. V. 144. P. L23.
43. Ramani V., Kunz H. R., Fenton J. M. // J. Membr. Sci. 2004. V. 232. P. 31.
44. Ramani V., Kunz H. R., Fenton J. M. // J. Power Sources. 2005. V. 152. P. 182.
45. Aparicio M., Castro Y., Duran A. // Solid State Ionics. 2005. V. 176. P. 333.
46. Alberti G., Casciola M. // Solid State Ionics. 2001. V. 145. P. 3.
47. Kreuer K. D. // Chem. Mater. 1996. V. 6. P. 610.
48. Kreuer K. D. // Solid State Ionics. 1997. V. 97. P. 1.
49. Alberti G., Casciola M., Costantino U. Vivani R. // Adv. Mater. 1996. V. 8. P. 291.
50. Abe Y. et al. // J. Electrochem. Soc. 1996. V. 143. P. 144.
51. Bauer F., Willert-Porada M. // J. Power Sources. 2005. V. 145. P. 101.
52. Giordano N. et al. // Electrochim. Acta. 1996. V. 41. P. 397.
53. Giordano N. et al. // Electrochim. Acta. 1997. V. 42. P. 645.
54. Staiti P., Hocevar S., Passalacqua E. // J. Power Sources. 1997. V. 65. P. 281.
55. Haile S. M., Boysen D. A., Chrisholm C. R. I., Merle R. B. // Nature. 2001. V. 410. P. 910.
56. Boysen D. A. et al. // J. Electrochem. Soc. 2000. V. 147. P. 3610.
57. Ponomareva V. G., Uvarov N. F., Lavrova G. V., Hairetdinov E. F. // Solid State Ionics. 1996. V. 90. P. 161.
58. Ponomareva V. G., Lavrova G. V., Simonova L. G. // Inorg. Mater. 1998. V. 34. P. 1136.
59. Ponomareva V. G., Lavrova G. V. // Solid State Ionics. 1998. V. 106. P. 137.
60. Matsui T., Kukino T., Kikuchi R., Eguchi K. // Electrochim. Acta. 2006. V. 51. P. 3719.
61. Staiti P. et al. // Solid State Ionics. 2001. V. 145. P. 101.
62. Dimitrova P., Friedrich K. A., Stimming U., Vogt B. // Solid State Ionics. 2002. V. 150. P. 115.
63. Tiwari S., Agarwal Y. K., Nema S. K. // Indian J. Eng. Mater. Sci. 2000. V. 7. P. 35.
64. Yang C. et al. // Electrochem. Solid-State Lett. 2001. V. 4. P. A31.
65. Costamagna P., Yang C., Bocarsly A. B., Srinivasan S. // Electrochim.Acta. 2002. V. 47. P. 1023.
66. Jin X. et al. // Polymer J. 1985. V. 17. P. 4.
67. Lee J., Marvel C. S. // J. Polym. Sci. Polym. 1984. V. 28. P. 1009.
68. Bailly C., Williams D. J., Karasz F. E., MacKnight W. J. // Polymers. 1987. V. 28. P. 1009.
69. Nolte R., Ledjeff K., Bauer M., Mulhaupt R. // J. Membr. Sci. 1993. V. 83. P. 211.
70. Noshay A., Robeson L. M. // J. Appl. Polym. Sci. 1976. V. 20. P. 1885.
71. Johnson B. C. et al. // J. Appl. Polym. Sci. 1984. V. 22. P. 721.
72. Litter M. I., Marvel C. S. // J. Polym. Sci. 1985. V. 23. P. 2205.
73. Kerres D., Cui W., Reichle S. // J. Polym. Sci. Part A. 1996. V. 34. P. 2421.
74. Glipa X., Haddad M. E., Jones D. J., Roziere J. // Solid State Ionics. 1997. V. 97. P. 323.
75. Gupta B., Buechi F. N., Scherer G. G., Chapiro A. // Polym. Adv. Technol. 1994. V. 5. P. 493.
76. Genies C. et al. // Polymer. 2000. V. 42. P. 359.
77. Aparicio M., Mosa J., Sanchez F., Duran A. // J. Po wer Sources. 2005. V. 151. P. 57.
78. Glipa X., Leloup J. M., Jones D. J., Roziere J. // Solid State Ionics. 1997. V. 97. P. 227.
79. Alberti G., Casciola M. // Solid State Ionics. 1997. V. 97. P. 177.
80. Alberti G., Casciola M. Palombari R. J. // J. Membr. Sci. 2000. V. 172. P. 233.
81. Kopirzke R. W., Linkous C. A., Nelson G. L. // Polym. Degrad. Stab. 2000. V. 67. P. 335.
82. Chu D., Gervasio D. D., Rasaq M., Yeager E. B. // J. Appl. Electrochem. 1990. V. 20. P. 157.
83. Surowiec J., Bogoczek R. J. // Thermal. Anal. 1988. V. 33. P. 1097.
84. Samms S. R., Wasmus S., Savinell R. F. // J. Electrochem. Soc. 1996. V. 143. P. 1498.
85. Bauer B., et al. // J. New Mater. Electrochem. Syst. 2000. V. 3. P. 93.
86. Zaidi S. M. et al. // J. Membr. Sci. 2000. V. 173. P. 17.
87. Luo Y., Huo R., Jin X., Karasz F. E. // J. Anal. Appl. Pyrolysis. 1995. V. 34. P. 229.
88. Lufrano F., Squadrito G., Patti A., Passalacqua E. // J. Appl. Polym. Sci. 2000. V. 77. P. 1250.
89. Baradie B. et al. // J. Power Sources. 1998. V. 74. P. 8.
90. Trotta F., Drioli E., Moraglio G., Poma E. B. // J. Polym. Sci. 1998. V. 70. P. 477.
91. Rikukawa M., Sanui K. // Prog. Polym. Sci. 2000. V. 25. P. 1463.
92. Miyatake K., Iyotani H., Yamamoto K., Tsuchida E. // Macromolecules. 1996. V. 29. P. 6969.
93. Shiga T. // J. Phys. Chem. 1965. V. 69. P. 3805.
94. Hubner G., Roduner E. // J. Mater. Chem. 1999. V. 9. P. 409.
95. Kiyoharu Tadanaga, Hiroshi Yoshida, Atsunori Matsuda // Solid State Ionics. 2005. V. 176. P. 2997.
96. Park Y., Nagai M. // Solid State Ionics. 2001. V. 145. P. 149.
97. Child A. D., Reynolds J. R. // Macromolecules. 1994. V. 27. P. 1975.
98. Pat. US 5,403,675 МКИ Н01М 8/10 Sulfonated polymers for solid polymer electrolytes. 1995.
99. Chen M. H., Chiao T., Tseng T. W. // J. Appl. Polym. Sci. 1996. V. 61. P. 1205.
100. Kerres J., Cui W., Disson R., Neubrand W. // J. Membr. Sci. 1998. V. 139. P. 211.
101. Deimede V. et al. // Macromolecules. 2000. V. 33. P. 7609.
102. Hasiotis C., Deimede V., Kontoyannis C. // Electrochim. Acta. 2001. V. 46. P. 2401.
103. Bauer B. et al. // J. New Mater. Electrochem. Syst. 2000. V. 3. P. 93.
104. Shibuya N., Porter R. S. // Macromolecules. 1992. V. 25. P. 6495.
105. Kobayashi T., Rikukawa M., Sanui K., Ogata N. // Solid State Ionics. 1998. V. 106. P. 219.
106. Staiti P., Arico A. S., Passalacqua E., Antonucci V. // J. Membr. Sci. 2001. V. 188. P. 71.
107. Vallejo E., Gavach C., Pineri M. // J. Power Sources. 1999. V. 160. P. 127.
108. Gunduz N., McGrath J. E. // Polym. Prepr. 2000. V. 41. P. 182.
109. Guo X. et al. // Macromolecules. 2002. V. 35. P. 6707.
110. Ramya K., Vishnupriya B., Dhathathreyan K. S. // J. New Mater. Electrochem. Syst. 2001. V. 4. P. 115.
111. Bae J.-M. et al. // Solid State Ionics. 2002. V. 147. P. 189.
112. Gieselman M. B., Reynolds J. R. // Macromolecules. 1993. V. 26. P. 5633.
113. Hryszka P., Jurga J., Brucki B. // Polymer. 1992. V. 33. P. 248.
114. Kosmala B., Schauer J. // J. Appl. Polym. Sci. 2002.V. 85.P. 1118.
115. Miyatake K., Shouji E., Yamamoto K., Tsuchida E. // Macromolecules. 1997. V. 30. P. 2941.
116. Kopitzke R. W., Linkous C. A., Nelson G. L. // J. Polym. Sci. 1998. V. 36. P. 1197.
117. Guo Q., Pintauro P. N., Tang H., O'Connor S. // J. Polym. Sci. 1999.V. 154. P. 175.
118. Genova-Dimitrova P. et al. // J. Membr. Sci. 2001. V. 185. P. 59.
119. Linkous C. A., Anderson H. R., Kopitzke R. W., Nelson G. L. // Intern. J. Hydrogen Energy. 1998. V. 23. P. 525.
120. Gieselman M., Reynolds J. R. // Macromolecules. 1992. V. 25. P. 4832.
121. Tsuruhara K. et al. // Electrochim. Acta. 2000. V. 45. P. 1223.
122. Kawahara M., Rikukawa M., Sanui K. // Polym. Adv. Technol. 2000. V. 11. P. 1.
123. Chung T. S. // J. Macromol. Sci. 1997. V. C37. P. 277.
124. Wainright J. S. et al. // J. Electrochem. Soc. 1995. V. 142. P. L121.
125. Xing B., Savadogo O. // Electrochem. Commun. 2000. V. 2. P. 697.
126. Roziere J. et al. // Solid State Ionics. 2000. V. 145. P. 61.
127. Pat. US 5,945,233 МКИ Н01М 2/16; Н01М 8/10 /Process for producing polybenzimidazole pastes and gels for use in fuel cells.
128. EP0926754A1 1999 0630, Polymer membrane electrochemical cell operating at temperature above 100°C.
129. EP1222707A2 2002 0717 W0 01 18894, Polymer electrolyte membrane fuel cells.
130. Weng D., Wainright J. S., Landau U., Savinell R. F. // J. Electrochem. Soc. 1996. V. 143. P. 1260.
131. Hasiotis M., Deimede V., Kantoyannis C. // Electrochim. Acta. 2001. V. 46. P. 2401.
132. Jones D. J., Roziere J. // J. Membr. Sci. 2001. V. 185. P. 41.
133. Li Q., He R. et al. // Solid State Ionics. 2004. V. 168. P. 177.
134. Bouchet R., Siebert E. // Solid State Ionics. 1999. V. 118. P. 287.
135. Fontanella J. J. et al. // Electrochim. Acta. 1998. V. 43. P. 1289.
136. Pat US 5,716 727 МКИ Н01М 8/10; МКИ Н01М 8/02 / Proton conducting polymers prepared directly by acid casting. 1998.
137. Glips X. et al. // J. Mater. Chem. 1999. V. 9. P. 3045.
138. Kawahara M. et al. // Electrochim. Acta. 2000. V. 45. P. 1395.
139. He R., Li Q., Xiao J., Bjerrum N. J. // J. Membr. Sci.(line)2003.
140. Bozkurt A. et al. // Solid State Ionics. 1999. V. 125. P. 225.
141. Steiner P., Sandor R. // High Perform. Polym. 1991.V. 3. P. 139.
142. He R., Li Q., Bjerrum N. J. // ACEC 2005: Proceedinds of 5thAsian Conference on Electrochemistry/ China. Shanghai, 2005.
143. Zhai Y., Zhang H., Hu J, Yi B. // J. Membr Sci. 2006. V. 280. P. 148.
144. Kreuer K. D. // J. Membr. Sci. 2001. V. 185. P. 29.
145. Jiang R., Kunz H. R., Fenton J. M. // J. Power Sources. 2005. V. 150. P. 120.
146. Gupta B., Buchi F. N., Scherer G. G. // Solid State Ionics.(line)1993.
147. Honma I., Takeda Y., Bae J. M. // Solid State Ionics. 1999. V. 120. P. 255.
148. Makajima H., Honma I. // Solid State Ionics. 2002. V. 148. P. 607.
149. Honma I., Nomura S., Nakajima H. // J. Membr. Sci. 2001.V. 185. P. 83.
150. Nakajima H. et al. // J. Electrochem. Soc. 2002. V. 149. P. A953.
151. Staiti P., Minutoli M., Hocevar S. // J. Power Sources. 2000.V. 90. P. 231.
152. Staiti P., Minutoli M. // J. Power Sources. 2001. V. 94. P. 9.
153. Staiti P. // Mater. Lett. 2001. V. 47. P. 241.
154. Amarilla J. M. et al. // Solid State Ionics. 2000. V. 127. P. 133.
155. Bonnet B. et al. // J. New Mater. Electrochem. Syst. 2000. V. 3. P. 87.
156. Nunes S. P. et al. // J. Membr. Sci. 2002. V. 203. P. 215.
157. Mikhailenko S. D., Zaidi S. M., Kaliaguine S. // Catal. Today.(line)2001.
158. Sauk J., Byun J., Kim H. // J. Power Sources. 2005. V. 143. P. 136.
159. Aparicio M., Mosa J., Etienne M., Duran A. // J. Power Sources. 2005. V. 145. P. 231.
160. Kerres J. A. // J. Membr. Sci. 2001. V. 185. P. 3.
161. Daletou M. K., Gourdoupi N., Kallitsis J. K. // J. Memb. Sci. 2005. V. 252. P. 115.
162. Siwen Li et al. // Electrochim. Acta. 2006. V. 51. P. 1351.
163. Park Y., Nagai M. // Solid State Ionics. 2001. V. 145. P. 169.
164. Kerres J., Ulrich A., Meier F., Haring Th. // Solid State Ionics. 1999. V. 125. P. 243.
165. Kerres J. et al. // J. New Mater. Electrochem. Syst. 2000. V. 3. P. 229.
166. Guiver M. D., Robertson G. P., Foley S. // Macromolecules. 1995. V. 28. P. 7612.
167. Jorissen L., Gogel V., Kerres J., Garche J. // J. Power Sources. 2002. V. 105. P. 267.
168. Hasiotis C. et al. // J. Electrochem. Soc. 2001. V. 148. P. A51
169. Donoso P. et al. // Solid State Ionics. 1988. V. 28–30. P. 969.
170. Petty-Weeks S., Zupancic J. J., Swedo J. R. // Solid State Ionics. 1988. V. 31. P. 117.
171. Rodriguez D. et al. // Solid State Ionics. 1993. V. 61. P. 195.
172. Stevens J. R., Raducha D. // Solid State Ionics. 1997. V. 97. P. 347.
173. Wieczorek W., Stevens J. R. // Polymer. 1996. V. 38. P. 2057.
174. Tanaka R. et al. // Electrochim. Acta. 2000. V. 45. P. 1385.
175. Grondin J., Rodriguez D., Lassegues J. C. // Solid State Ionics. 1995. V. 77. P. 70.
176. Zaidi S. M. J., Chen S. F., Mikhailenko S. D., Kaliaguine S. // J. New Mater. Electrochim. Syst. 2000. V. 3. P. 27.
177. Lassegues J. C., Grondin J., Hernandez M., Maree B. // Solid State Ionics. 2001. V. 145. P. 37.
178. Silva V. S. et al. // J. Power Sources. 2005. V. 145. P. 485.
179. Wang J.-T., Savinell R. F., Wainright J. S., Litt M., Yu H. // Electrochim. Acta. 1996. V. 41. P. 193.
180. Savadogo O., Xing B. // J. New Mater. Electrochem. Syst. 2000. V. 3. P. 343.
181. Savadogo O., Xing B. // J. New Mater. Electrochem. 2000. V. 3. P. 345.
182. Frank G. // Proceedings of the 2nd European PEFC Forum, Switzerland. Lucerne. 2003 P. 749.
183. Pat. US 6,465,136 МКИ Н01 8/10 Membranes, membrane electrode, assemblies & fuel cells employing same and process for preparing.
184. Pat. US 547,551 МКИ С25В 13/08 Ultrathin integral composite membrane.

Received: 
28.02.2007
Accepted: 
28.02.2007
Published: 
31.03.2007