Anion exchange membrane fuel cells: Current status and remaining challenges
Source abstract
Abstract
Abstract The anion exchange membrane fuel cell (AEMFC) is an attractive alternative to acidic proton exchange membrane fuel cells, which to date have required platinum-based catalysts, as well as acid-tolerant stack hardware. The AEMFC could use non-platinum-group metal catalysts and less expensive metal hardware thanks to the high pH of the electrolyte. Over the last decade, substantial progress has been made in improving the performance and durability of the AEMFC through the development of new materials and the optimization of system design and operation conditions. In this perspective article, we describe the current status of AEMFCs as having reached beginning of life performance very close to that of PEMFCs when using ultra-low loadings of Pt, while advancing towards operation on non-platinum-group metal catalysts alone. In the latter sections, we identify the remaining technical challenges, which require further research and development, focusing on the materials and operational factors that critically impact AEMFC performance and/or durability. These perspectives may provide useful insights for the development of next-generation of AEMFCs.
Source: openaire · Quality: candidate unverified · Source record ↗
Research context
OpenAlex topics: Electrocatalysts for Energy Conversion · Fuel Cells and Related Materials · Advanced battery technologies research
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
References (100+)
Show source-provided references
1. Pivovar · 2016
2. Pivovar · 2006
3. Varcoe · Energ Environ. Sci. · 2014 · 7 · 313510.1039/C4EE01303D ↗
4. Varcoe · Chem. Mater · 2007 · 19 · 268610.1021/cm062407u ↗
5. Varcoe · Electrochem Commun. · 2006 · 8 · 83910.1016/j.elecom.2006.03.027 ↗
6. Gu · Chemsuschem · 2010 · 3 · 55510.1002/cssc.201000074 ↗
7. Kim · Macromolecules · 2013 · 46 · 782610.1021/ma401568f ↗
8. Wang · Energ Environ. Sci. · 2015 · 8 · 17710.1039/C4EE02564D ↗
9. Pan · Energ Environ. Sci. · 2014 · 7 · 35410.1039/C3EE43275K ↗
10. Kaspar · J. Electrochem Soc. · 2015 · 162 · F48310.1149/2.0131506jes ↗
11. Wang · Green Chem. · 2017 · 19 · 83110.1039/C6GC02526A ↗
12. Gonzalez · 2017 · 1457
13. Spendelow · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2007 · 9 · 265410.1039/b703315j ↗
14. Piana · Ecs Trans. · 2008 · 16 · 204510.1149/1.2982044 ↗
15. Robson · Electrochim Acta · 2013 · 90 · 65610.1016/j.electacta.2012.11.025 ↗
16. Xu · Energ Environ. Sci. · 2012 · 5 · 533310.1039/C1EE01431E ↗
17. Poynton · Solid State Ionics · 2010 · 181 · 21910.1016/j.ssi.2009.01.019 ↗
18. Gu · Chem. Commun. · 2013 · 49 · 13110.1039/C2CC34862D ↗
19. Piana · J. Power Sources · 2010 · 195 · 587510.1016/j.jpowsour.2009.12.085 ↗
20. Mamlouk · J. Power Sources · 2011 · 196 · 759410.1016/j.jpowsour.2011.04.045 ↗
21. Chung · Nat. Commun. · 2013 · 4
22. Masa · Angew. Chem. Int. Ed. · 2015 · 54 · 1010210.1002/anie.201500569 ↗
23. Tan · Adv. Funct. Mater · 2012 · 22 · 458410.1002/adfm.201201244 ↗
24. Kiros · J. Power Sources · 2000 · 87 · 10110.1016/S0378-7753(99)00436-X ↗
25. Kenjo · J. Electrochem. Soc · 1985 · 132 · 38310.1149/1.2113845 ↗
26. McLean · Int. J. Hydrogen Energ · 2002 · 27 · 50710.1016/S0360-3199(01)00181-1 ↗
27. Lu · P Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2008 · 105 · 2061110.1073/pnas.0810041106 ↗
28. Hu · Int. J. Hydrogen Energ · 2013 · 38 · 1626410.1016/j.ijhydene.2013.09.125 ↗
29. Serov · 2017
30. Alesker · J. Power Sources · 2016 · 304 · 33210.1016/j.jpowsour.2015.11.026 ↗
31. Miller · Angew. Chem. Int. Ed. · 2016 · 55 · 600410.1002/anie.201600647 ↗
32. Miller · Nano Energy · 2017 · 33 · 29310.1016/j.nanoen.2017.01.051 ↗
33. Slade · Solid State Ionics · 2005 · 176 · 58510.1016/j.ssi.2004.09.044 ↗
34. Yan · Macromolecules · 2010 · 43 · 234910.1021/ma902430y ↗
35. Matos · Appl. Phys. Lett. · 2014 · 10410.1063/1.4867351 ↗
36. Kim · Annu. Rev. Chem. Biomol. · 2010 · 1 · 12310.1146/annurev-chembioeng-073009-101309 ↗
37. Guo · J. Membr. Sci. · 2016 · 518 · 29510.1016/j.memsci.2016.07.006 ↗
38. He · J. Membr. Sci. · 2016 · 515 · 18910.1016/j.memsci.2016.05.058 ↗
39. Guo · Acs Appl. Mater Inter · 2016 · 8 · 2527910.1021/acsami.6b07711 ↗
40. Zhang · Acs Appl. Mater Inter · 2016 · 8 · 2332110.1021/acsami.6b06426 ↗
41. Wang · Electrochim Acta · 2016 · 190 · 105710.1016/j.electacta.2015.12.181 ↗
42. Zhu · Rsc Adv. · 2016 · 6 · 8548610.1039/C6RA14177C ↗
43. Ge · Acs Appl. Mater Inter · 2015 · 7 · 2854510.1021/acsami.5b09920 ↗
44. Wang · J. Membr. Sci. · 2015 · 492 · 28110.1016/j.memsci.2015.05.060 ↗
45. Pan · Chem. Mater · 2015 · 27 · 668910.1021/acs.chemmater.5b02557 ↗
46. Mohanty · Macromolecules · 2015 · 48 · 216110.1021/acs.macromol.5b01382 ↗
47. Shen · J. Power Sources · 2015 · 287 · 43910.1016/j.jpowsour.2015.04.017 ↗
48. Fang · J. Power Sources · 2015 · 284 · 51710.1016/j.jpowsour.2015.03.065 ↗
49. Lai · J. Membr. Sci. · 2015 · 481 · 910.1016/j.memsci.2015.02.013 ↗
50. Lai · Acs Appl. Mater Inter · 2015 · 7 · 828410.1021/acsami.5b01475 ↗
51. Sherazi · Int. J. Hydrogen Energ · 2015 · 40 · 78610.1016/j.ijhydene.2014.08.086 ↗
52. Zhang · J. Mater Chem. A · 2015 · 3 · 1228410.1039/C5TA01420D ↗
53. Choi · Int. J. Hydrogen Energ · 2014 · 39 · 2122310.1016/j.ijhydene.2014.10.007 ↗
54. Si · Chemsuschem · 2014 · 7 · 338910.1002/cssc.201402664 ↗
55. Li · J. Membr. Sci. · 2014 · 467 · 110.1016/j.memsci.2014.05.016 ↗
56. Jheng · J. Mater Chem. A · 2014 · 2 · 422510.1039/c3ta14631f ↗
57. Li · Acs Appl. Mater Inter · 2014 · 6 · 758510.1021/am500915w ↗
58. Zhao · J. Appl. Polym. Sci. · 2014 · 131
59. Xu · J. Membr. Sci. · 2014 · 457 · 2910.1016/j.memsci.2014.01.042 ↗
60. Mohanty · Macromolecules · 2014 · 47 · 197310.1021/ma500125t ↗
61. Gopi · Int. J. Hydrogen Energ · 2014 · 39 · 265910.1016/j.ijhydene.2013.12.009 ↗
62. Miyake · J. Polym. Sci. Pol. Chem. · 2014 · 52 · 38310.1002/pola.27011 ↗
63. Li · Rsc Adv. · 2014 · 4 · 2968210.1039/C4RA00833B ↗
64. Marino · J. Membr. Sci. · 2014 · 464 · 6110.1016/j.memsci.2014.04.003 ↗
65. Pan · Accounts Chem. Res. · 2012 · 45 · 47310.1021/ar200201x ↗
66. Li · Energ Environ. Sci. · 2012 · 5 · 788810.1039/c2ee22050d ↗
67. Yang · Angew. Chem. Int. Ed. · 2016 · 55 · 1149910.1002/anie.201605916 ↗
68. Hibbs · J. Polym. Sci. Pol. Phys. · 2013 · 51 · 173610.1002/polb.23149 ↗
69. Zhu · Macromolecules · 2016 · 49 · 81510.1021/acs.macromol.5b02671 ↗
70. Tanaka · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 1064610.1021/ja204166e ↗
71. Li · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 1012410.1021/ja403671u ↗
72. Lee · Acs Macro Lett. · 2017 · 6 · 56610.1021/acsmacrolett.7b00148 ↗
73. Lee · Acs Macro Lett. · 2015 · 4 · 81410.1021/acsmacrolett.5b00375 ↗
74. Oshiba · 2015
75. Chen · J. Am. Chem. Soc. · 2016 · 138 · 99110.1021/jacs.5b11951 ↗
76. Ponce-Gonzalez · Energ Environ. Sci. · 2016 · 9 · 372410.1039/C6EE01958G ↗
77. Kim · Macromolecules · 2015 · 48 · 216110.1021/ma502538k ↗
78. Fujimoto · J. Membr. Sci. · 2012 · 423 · 43810.1016/j.memsci.2012.08.045 ↗
79. Pivovar · J. Electrochem Soc. · 2007 · 154 · B73910.1149/1.2740005 ↗
80. Kim · J. Electrochem Soc. · 2010 · 157 · B161610.1149/1.3481581 ↗
81. Switzer · Electrochim Acta · 2010 · 55 · 340410.1016/j.electacta.2009.12.073 ↗
82. Lee · Nat. Energy · 2016 · 1 · 1612010.1038/nenergy.2016.120 ↗
83. Park · Macromolecules · 2014 · 47 · 22710.1021/ma401932h ↗
84. Sturgeon · J. Electrochem Soc. · 2015 · 162 · F36610.1149/2.0271504jes ↗
85. Kim · Polym. Rev. · 2015 · 55 · 33010.1080/15583724.2015.1011275 ↗
86. Arges · J. Mater Chem. · 2012 · 22 · 373310.1039/c2jm14898f ↗
87. Mohanty · J. Mater Chem. A · 2014 · 2 · 1731410.1039/C4TA03300K ↗
88. Ghigo · J. Org. Chem. · 2010 · 75 · 360810.1021/jo100367z ↗
89. Ye · Macromolecules · 2011 · 44 · 849410.1021/ma201864u ↗
90. Si · Acs Appl. Mater Inter · 2014 · 6 · 434610.1021/am500022c ↗
91. Hugar · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 873010.1021/jacs.5b02879 ↗
92. Noonan · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 1816110.1021/ja307466s ↗
93. Gu · Angew. Chem. Int. Ed. · 2009 · 48 · 649910.1002/anie.200806299 ↗
94. Ye · J. Membr. Sci. · 2013 · 443 · 9310.1016/j.memsci.2013.04.053 ↗
95. Dekel · Chem. Mater · 2017 · 29 · 442510.1021/acs.chemmater.7b00958 ↗
96. Dekel · J. Power Sources · 2017
97. Dekel · J. Power Sources · 2017
98. Price · Acs Macro Lett. · 2014 · 3 · 16010.1021/mz4005452 ↗
99. Thomas · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 1075310.1021/ja303067t ↗
100. Wang · Chemsuschem · 2013 · 6 · 207910.1002/cssc.201300285 ↗