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Enregistrement W2268426784 · doi:10.1149/ma2014-01/3/343

Invited Presentation: Theory and Simulation of Multiscale Interplays Between Mechanical and Electrochemical Mechanisms in Fuel Cells and Rechargeable Lithium Batteries

2014· article· en· W2268426784 sur OpenAlexaboutno aff
Alejandro A. Franco, María Alejandra Quiroga, Trong-Khoa Nguyen, Kan‐Hao Xue

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2014
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFuel Cells and Related Materials
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésMultiscale modelingElectrochemistryLithium (medication)Materials scienceElectrochemical kineticsProton exchange membrane fuel cellCathodeNanotechnologyKinetic Monte CarloElectrodeChemical engineeringChemistryFuel cellsMonte Carlo methodPhysical chemistryComputational chemistryEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Thanks to the growing progress in scientific computational techniques, multiscale modeling and numerical simulation combining atomistic, molecular and continuum approaches, have been shownto be powerful tools to bridge the gaps between the chemical/structural properties of materials and the efficiency of electrochemical power generators, such as rechargeable lithium batteries [1-2], fuel cells [3-5] and electrolyzers [6-7]. Getting a deep understanding of operation principles in these devices through theory can help on achieving significant advances on their controlled design and optimization. A new multiscale modeling framework is presented here describing the interplays between electrochemical and mechanical processes induced by materials structural changes during the operation of low temperature PEM Fuel Cells (PEMFCs), conversion lithium ion batteries (CLIBs) and lithium air batteries (LABs). The model is a hierarchical cell level model and aims to couple on the fly: - hybrid Mean Field/Kinetic Monte Carlo sub-models describing elementary kinetic reactions (e.g. Oxygen Reduction Reaction -ORR- on the catalyst in the PEMFC cathode and ORR and LixOy growth kinetics on the carbon substrate in the LAB positive electrode) and the dynamical structure of the electrochemical double layer at the vicinity of the catalyst (PEMFC), conversion particles (CLIB) and carbon substrate (LAB); - Cahn-Hilliard phase field sub-models describing conversion reactions and induced morphological changes in MO particles to form M° and Li2O during discharge in CLIBs; - continuum sub-models describing ionic and O2 transport (PEMFC and LAB) within the composite electrode volume (carbon, polymer, catalyst) with structure-dependent diffusion coefficients that can be calculated from Metropolis Monte Carlo and/or Coarse Grain Molecular Dynamics (CGMD) simulations [5]; - continuum sub-models describing the ionic transport in the separator (CLIB and LAB) and in the polymer membrane (PEMFC). In particular, an application example to PEMFCs is deeply illustrated here, where the model is used to describe the morphological changes of the membrane (evolution of the porosity/tortuosity of hydrophilic channels calculated by CGMD) induced by its chemical degradation (triggered by H2O2 production in the electrodes [8]), and conversely, to describe how these morphological changes affect its effective transport properties (water, proton), the electrode/membrane delamination and the cell performance decay [9]. Relationships between the expected durability of the cell and the type of applied operation mode (constant vs. cycled current, humidification level) are calculated and discussed. Finally, main similitudes and differences between fuel cells and batteries on the interplays between electrochemical and mechanical processes are highlighted, and some remaining challenges to tackle these interplays from physical modeling are underlined. Acknowledgements. Close collaborations with Dr. Marie-Liesse Doublet (ICG, France) on CLIBs and with Dr. Kourosh Malek (SFU, Canada) on CGMD calculations are gratefully acknowledged. References [1] A.A. Franco, RSC Advances, 3 (32) (2013) 130 [2]A.A. Franco, K.H. Xue, ECS J. Solid State Sc. Tech., 2 (10) (2013) M3084 [3]A. A. Franco (Ed.), Polymer Electrolyte Fuel Cells: Science, Applications and Challenges, Taylor and Francis Group, FL, USA (2013); [4] A.A. Franco et al., Electrochim. Acta (2011) 56 (28) (2011) 10842 [5] K. Malek, A.A. Franco, J. Phys. Chem. B, 115 (25) (2011) 8088. [6] L. F. Lopes Oliveira, S. Laref, E. Mayousse, C. Jallut, A.A. Franco, PCCP, 14(2012)10215. [7] L.F. Lopes Oliveira, C. Jallut, A.A. Franco, Electrochimica Acta, 110 (2013) 363. [8]A.A. Franco, PEMFC degradation modeling and analysis, book chapter in: Polymer electrolyte membrane and direct methanol fuel cell technology (PEMFCs and DMFCs) - Volume 1: Fundamentals and performance, edited by C. Hartnig and C. Roth (publisher: Woodhead, Cambridge, UK) (2012). [9] A.A. Franco, K. Malek, A microstructure-based model of membrane degradation in PEMFCs, in preparation (2013). Figure. Schematics of our multiscale model for conversion lithium ion batteries.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,013
Score d'incertitude au seuil0,045

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0130,002

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,221
Écart entre enseignants0,213 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2014
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Résumé présentoui

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