Molecular modeling of interfacial structure and dynamics in proton conductors for fuel cells

燃料电池质子导体界面结构和动力学的分子建模

基本信息

  • 批准号:
    283193-2007
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.78万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2007-01-01 至 2008-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This program in theory and molecular modeling explores proton transport along hydrated interfaces with dense packing of proton binding surface groups. These phenomenona are vital for a wide range of areas, including proton motion along cellular membranes in bioenergetics as well as energy conversion in hydrogen fuel cells. Our main interest lies in the latter realm.    Fuel cells are highly efficient and environmentally benign electrochemical energy converters. They are under intensive research for applications in vehicular transportation and many devices requiring portable power. Tremendous efforts in fuel cell research focus on the development of advanced polymer electrolyte membranes with high proton conductivities, high stability, good water retention, and low cost.    Our main objective is to contribute to the fundamental understanding of structure-property relationships in proton conducting media. Thereby, we approach the long-standing goal of establishing a theoretical framework for the rational design of advanced fuel cell membranes. For our studies of proton transport mechanisms we employ a lowly hydrated regular 2D array of charged surface groups as a model system. We utilize full ab-initio molecular dynamics calculations to unravel pathways of long-range proton transport in these model structures. In order to overcome the disparity of time scales between molecular motions and the occurence of proton transfer events we employ transition path sampling techniques. Activation energies and rates of proton transport are calculated. Results of our calculations furnish relations between  proton mobility and controlled structural parameters of the interfacial array (e.g. chemical composition of the polymer, length and density of surface groups).         This program provides excellent training possibilities for students. They learn how to use pertinent tools in theoretical physics and chemistry and apply them to foremost challenges in fuel cell research and electrochemical materials science.
该程序在理论和分子建模方面探索了质子沿水合界面的传输,以及质子结合表面基团的密集堆积。这些现象对于许多领域都至关重要,包括生物能学中质子沿细胞膜的运动以及氢燃料电池中的能量转换。我们的主要兴趣在于后一个领域。    燃料电池是高效且环保的电化学能源转换器。它们正在针对车辆运输和许多需要便携式电源的设备中的应用进行深入研究。燃料电池研究的巨大努力集中在开发具有高质子传导率、高稳定性、良好保水性和低成本的先进聚合物电解质膜。    我们的主要目标是促进对质子传导介质结构-性质关系的基本理解。因此,我们实现了为先进燃料电池膜的合理设计建立理论框架的长期目标。为了研究质子传输机制,我们采用低水合的带电表面基团规则二维阵列作为模型系统。我们利用完整的从头算分子动力学计算来揭示这些模型结构中长程质子传输的路径。为了克服分子运动和质子转移事件发生之间的时间尺度差异,我们采用跃迁路径采样技术。计算活化能和质子传输速率。我们的计算结果提供了质子迁移率和界面阵列的受控结构参数(例如聚合物的化学成分、表面基团的长度和密度)之间的关系。         该计划为学生提供了极好的培训机会。他们学习如何使用理论物理和化学中的相关工具,并将其应用于燃料电池研究和电化学材料科学中的首要挑战。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Eikerling, Michael其他文献

pH Effects in a Model Electrocatalytic Reaction Disentangled.
  • DOI:
    10.1021/jacsau.2c00662
  • 发表时间:
    2023-04-24
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Zhu, Xinwei;Huang, Jun;Eikerling, Michael
  • 通讯作者:
    Eikerling, Michael
Tipping water balance and the Pt loading effect in polymer electrolyte fuel cells: a model-based analysis
  • DOI:
    10.1039/c8se00026c
  • 发表时间:
    2018-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Muzaffar, Tasleem;Kadyk, Thomas;Eikerling, Michael
  • 通讯作者:
    Eikerling, Michael
Dynamic Response of Ion Transport in Nanoconfined Electrolytes.
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.3c02560
  • 发表时间:
    2023-12-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Zhang, Zengming;Li, Chenkun;Zhang, Jianbo;Eikerling, Michael;Huang, Jun
  • 通讯作者:
    Huang, Jun
Electrokinetic Onsager coefficients and energy conversion in deformable nanofluidic channels
  • DOI:
    10.1140/epjst/e2019-800137-2
  • 发表时间:
    2019-04-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Matse, Mpumelelo;Eikerling, Michael;Berg, Peter
  • 通讯作者:
    Berg, Peter
Surface configuration and wettability of nickel(oxy)hydroxides: a first-principles investigation
  • DOI:
    10.1039/c7cp03396f
  • 发表时间:
    2017-09-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Eslamibidgoli, Mohammad Javad;Gross, Axel;Eikerling, Michael
  • 通讯作者:
    Eikerling, Michael

Eikerling, Michael的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Eikerling, Michael', 18)}}的其他基金

Materials for Electrochemical Energy Conversion: From Fundamental Physics to Advanced Design
电化学能量转换材料:从基础物理到先进设计
  • 批准号:
    RGPIN-2014-04074
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Lithium ion batteries for auxiliary power units in transportation systems: from physical modeling to optimal operation
运输系统辅助动力装置的锂离子电池:从物理建模到优化运行
  • 批准号:
    481280-2015
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
Materials for Electrochemical Energy Conversion: From Fundamental Physics to Advanced Design
电化学能量转换材料:从基础物理到先进设计
  • 批准号:
    RGPIN-2014-04074
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Modeling-based portrait and intelligent diagnostics of polymer electrolyte fuel cells
基于建模的聚合物电解质燃料电池画像与智能诊断
  • 批准号:
    513543-2017
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
Materials for Electrochemical Energy Conversion: From Fundamental Physics to Advanced Design
电化学能量转换材料:从基础物理到先进设计
  • 批准号:
    RGPIN-2014-04074
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Molecular modeling of catalyst layers in PEM fuel cells
PEM 燃料电池催化剂层的分子建模
  • 批准号:
    485759-2015
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
Data analytics and modeling of Volta Air's electric auxiliary power units
Volta Air 电力辅助动力装置的数据分析和建模
  • 批准号:
    506247-2016
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
    Engage Grants Program
Molecular modeling of catalyst layers in PEM fuel cells
PEM 燃料电池催化剂层的分子建模
  • 批准号:
    485759-2015
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
Materials for Electrochemical Energy Conversion: From Fundamental Physics to Advanced Design
电化学能量转换材料:从基础物理到先进设计
  • 批准号:
    RGPIN-2014-04074
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Lithium ion batteries for auxiliary power units in transportation systems: from physical modeling to optimal operation
运输系统辅助动力装置的锂离子电池:从物理建模到优化运行
  • 批准号:
    481280-2015
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants

相似国自然基金

Galaxy Analytical Modeling Evolution (GAME) and cosmological hydrodynamic simulations.
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
页岩超临界CO2压裂分形破裂机理与分形离散裂隙网络研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
非管井集水建筑物取水机理的物理模拟及计算模型研究
  • 批准号:
    40972154
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    41.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
微生物发酵过程的自组织建模与优化控制
  • 批准号:
    60704036
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
ABM有效性检验的关键技术研究
  • 批准号:
    70701001
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
三峡库区以流域为单元森林植被对洪水影响研究
  • 批准号:
    30571486
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Mechanisms of HIV fitness and drug resistance inferred from high-resolution molecular dynamics and sequence co-variation models
从高分辨率分子动力学和序列共变模型推断出 HIV 适应性和耐药性的机制
  • 批准号:
    10750627
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
Elucidating the Molecular Mechanisms of Conformational Switching during Protein Insertion into Membranes
阐明蛋白质插入膜过程中构象转换的分子机制
  • 批准号:
    10737458
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
The physical and molecular mechanisms of intestinal villus morphogenesis and repair
肠绒毛形态发生和修复的物理和分子机制
  • 批准号:
    10263285
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
First-in-class peptide therapeutics for mitochondrial disorders: molecular mechanism of action and optimization of design
线粒体疾病的一流肽疗法:分子作用机制和设计优化
  • 批准号:
    10407655
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
Elucidating Molecular Mechanisms of Cancer Development by Investigating Key DNA Repair Pathways
通过研究关键 DNA 修复途径阐明癌症发展的分子机制
  • 批准号:
    10264134
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
The physical and molecular mechanisms of intestinal villus morphogenesis and repair
肠绒毛形态发生和修复的物理和分子机制
  • 批准号:
    10157985
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
First-in-class peptide therapeutics for mitochondrial disorders: molecular mechanism of action and optimization of design
线粒体疾病的一流肽疗法:分子作用机制和设计优化
  • 批准号:
    10259755
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
First-in-class peptide therapeutics for mitochondrial disorders: molecular mechanism of action and optimization of design
线粒体疾病的一流肽疗法:分子作用机制和设计优化
  • 批准号:
    10058469
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
First-in-class peptide therapeutics for mitochondrial disorders: molecular mechanism of action and optimization of design
线粒体疾病的一流肽疗法:分子作用机制和设计优化
  • 批准号:
    10624434
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
The physical and molecular mechanisms of intestinal villus morphogenesis and repair
肠绒毛形态发生和修复的物理和分子机制
  • 批准号:
    10647653
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 3.78万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了