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Enregistrement W2274187003 · doi:10.1149/ma2014-02/21/1297

Fatigue Testing of Fuel Cell Membranes: Comparison of In-Situ and Ex-Situ Techniques

2014· article· en· W2274187003 sur OpenAlexaffabout
Alireza Sadeghi Alavijeh, Ramin M.H. Khorasany, Zachary R. Nunn, Erik Kjeang

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2014
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFuel Cells and Related Materials
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésProton exchange membrane fuel cellMaterials scienceMembraneStack (abstract data type)Chemical energyRelative humidityIn situComposite materialScanning electron microscopeChemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Increasing the lifetime and reliability of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) is one of the main challenges facing the fuel cell industry. Under automotive operating conditions, the membrane in PEMFCs is subjected to chemical and mechanical degradation, which gradually leads to loss in performance and subsequent failure. The US Department of Energy (DOE) has developed standardized protocols for in-situ chemical and mechanical accelerated stress tests (ASTs) [1]. The decay in membrane properties under pure chemical, pure mechanical, and combined chemical – mechanical AST [2-4] were recently evaluated. In the area of mechanical membrane degradation, material fatigue is expected to dominate, and an ex-situ fatigue based AST technique was recently developed by our group [5]. The objective of the present work is to compare the action of the ex-situ fatigue AST to that of the more established in-situmechanical AST protocol. For this purpose, fatigue lifetime, failure modes, and decay in mechanical properties were investigated and compared for both AST techniques. In-situ mechanical AST was conducted on a five-cell research-scale fuel cell stack by applying wet–dry cycles from 0% to 90% relative humidity under a modified DOE mechanical AST protocol. CCM samples were periodically extracted from the stack after certain numbers of AST cycles (every 4,000 cycles) and replaced by fresh cells. In order to investigate the formation of mechanical damage in the membrane, leak tests followed by a systematic microstructural study using scanning electron microscopy (SEM) were applied on the extracted samples. Post-mortem analysis on the degraded samples using an infrared camera showed traces of mechanical defects facilitating gas crossover through the membrane and leading to failure, as depicted in Figure 1. The decay in mechanical properties was evaluated through conducting tensile and expansion experiments on the degraded samples at different AST cycles, in accordance with our recently established CCM characterization procedures [6]. The ex-situ fatigue AST experiments, on the other hand, were applied on fresh CCM specimens utilizing fatigue stresses via a dynamic mechanical analyzer (DMA) equipped with an environmental chamber. Systematic fatigue experiments in our group, proved the capability of cyclic loadings in order to benchmark the mechanical durability of the materials. It was observed that membrane fatigue life is a strong function of temperature and relative humidity [5]. Employing the outcomes of the baseline fatigue data, approximate CCM fatigue lifetimes were extrapolated and predicted at the desired test conditions. Depending on the total fatigue lifetime, fatigue experiments were interrupted at different fractions of the CCM lifetime in conjunction with the corresponding in-situ extractions. In a similar manner, tensile and expansion experiments were performed on ex-situ fatigue extracted specimens to evaluate the decay in mechanical properties under cyclic loading. The results of the two methods are comprehensively compared and utilized to shed light on the overall fundamental understanding of the pure mechanical membrane degradation mechanism and the associated CCM fatigue lifetime. The capabilities of the ex-situfatigue experiment as a rapid, inexpensive mechanical AST are discussed. Figure 1. Formation of leak observed during the in-situmechanical AST. The bright region captured by an infrared camera indicates the main leak location near the inlet. Acknowledgements: This research was supported by Ballard Power Systems and the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada through an Automotive Partnership Canada grant. References: [1] http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/mypp [2] Y.P. Patil, et al., J Membrane Sci. 356, 7, 2010. [3] J. Kang and J. Kim, Int J Hydrogen Energ, 35, 13125, 2010. [4] C. Lim, et al., J Power Sources, 257, 102, 2014. [5] R. Khorasany et al., J Power Sources, (under review). [6] M.A. Goulet, et al., J Power Sources,234, 38-47, 2013.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,007

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

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

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 Opus0,020
Tête enseignante GPT0,240
Écart entre enseignants0,220 · 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'étudeExpérimental (laboratoire)
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
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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