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Molecular-Level Control over Oxygen Transport and Catalyst–Ionomer Interaction by Designing Cis–Trans Isomeric Ionomers
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2022-12-30 , DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02547 Weisheng Yu 1 , Jianjun Zhang 1 , Dong-Mei Huang 2 , Xian Liang 1 , Kaiyu Zhang 1 , Yan Xu 1 , Hongjun Zhang 2 , Bangjiao Ye 2 , Xiaolin Ge 1 , Tongwen Xu 1 , Liang Wu 1
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2022-12-30 , DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02547 Weisheng Yu 1 , Jianjun Zhang 1 , Dong-Mei Huang 2 , Xian Liang 1 , Kaiyu Zhang 1 , Yan Xu 1 , Hongjun Zhang 2 , Bangjiao Ye 2 , Xiaolin Ge 1 , Tongwen Xu 1 , Liang Wu 1
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We here demonstrate a monographic study to investigate the effects of cis–trans conformation on the properties of anion exchange ionomers for the first time. Twisted cis-conformation possessed of abundant subnanoscale free volume cavities facilitates oxygen permeability and water adsorption. Moreover, its nonplanar conformation can alleviate the undesirable absorption of ionomer on Pt and Pt–Ru surfaces, thus improving the electrochemical performance of the catalyst layers. Theoretical and electrochemical investigations are mutual corroborations, demonstrating our proof-of-concept. The catalyst layer equips cis-ionomer showing 51% and 54% increases in limiting current density and electrochemically active surface area. The H2/O2 single-cell peak power density of the cis-membrane electrode assembly (c-MEA) is increased by 56% (1.0 vs 0.64 W cm–2) compared with that of the t-MEA at 100% relative humidity (RH). Moreover, the performance of c-MEA is particularly prominent at low humidity (increased by 114% and 113% at 80% and 60% RH, respectively).
中文翻译：
通过设计顺反异构离聚物在分子水平上控制氧传输和催化剂-离聚物相互作用
我们在这里展示了一项专题研究，首次研究顺反构象对阴离子交换离聚物性质的影响。具有丰富亚纳米级自由体积空腔的扭曲顺式构象有利于透氧性和吸水性。此外，其非平面构象可以减轻离聚物在 Pt 和 Pt-Ru 表面的不良吸附，从而提高催化剂层的电化学性能。理论和电化学研究是相互证实的，证明了我们的概念验证。催化剂层配备顺式离聚物，在极限电流密度和电化学活性表面积方面分别增加了 51% 和 54%。H 2 /O 2在 100% 相对湿度 (RH) 下，与 t-MEA 相比，顺式膜电极组件 (c-MEA) 的单电池峰值功率密度增加了 56%（1.0 vs 0.64 W cm –2）。此外，c-MEA 的性能在低湿度下尤为突出（在 80% 和 60% RH 时分别提高了 114% 和 113%）。
更新日期：2022-12-30
中文翻译：
通过设计顺反异构离聚物在分子水平上控制氧传输和催化剂-离聚物相互作用
我们在这里展示了一项专题研究，首次研究顺反构象对阴离子交换离聚物性质的影响。具有丰富亚纳米级自由体积空腔的扭曲顺式构象有利于透氧性和吸水性。此外，其非平面构象可以减轻离聚物在 Pt 和 Pt-Ru 表面的不良吸附，从而提高催化剂层的电化学性能。理论和电化学研究是相互证实的，证明了我们的概念验证。催化剂层配备顺式离聚物，在极限电流密度和电化学活性表面积方面分别增加了 51% 和 54%。H 2 /O 2在 100% 相对湿度 (RH) 下，与 t-MEA 相比，顺式膜电极组件 (c-MEA) 的单电池峰值功率密度增加了 56%（1.0 vs 0.64 W cm –2）。此外，c-MEA 的性能在低湿度下尤为突出（在 80% 和 60% RH 时分别提高了 114% 和 113%）。
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