Mesoscale Study of Proton Transport in Proton Exchange Membranes: Role of Morphology
Source abstract
Abstract
The influence of morphology on proton transport in proton exchange membranes (PEM) is studied at the mesoscale using smoothed particle hydrodynamics (SPH), a mesh-free particle method for solving continuity equations. By solving the Nernst–Planck equation for proton transport in lamellar, cylinder, and cluster morphologies, we find that the proton conductivity for cluster morphology is much lower than lamellar and cylinder morphology at all hydration levels. This suggests the porosity and tortuosity in PEM morphology can reduce proton transport significantly at the mesoscale. We also investigated the effect of including a position-dependent diffusion constant (PDDC) tied to the local morphology, which is usually ignored in studies of proton transport in confinement. We calculated the PDDC in lamellar PEM using both quantitative and phenomenological approaches. SPH calculations show that conductivities for PEM systems with a PDDC can vary compared with systems with uniform diffusion constant. Therefore, it is potentially important to take into account the inhomogeneity of transport coefficients when studying proton transport in anisotropic systems.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Fuel Cells and Related Materials · Membrane-based Ion Separation Techniques · Nanopore and Nanochannel Transport Studies
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Department of Chemistry, James Franck Institute and Computation Institute, University of Chicago, Chicago, Illinois 60637, United States
Funding
Basic Energy Sciences
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