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Enregistrement W2282253065 · doi:10.1149/ma2014-02/21/1030

Analytical Modeling of Effective Diffusivity in Micro-Porous Layers

2014· article· en· W2282253065 sur OpenAlexaffabout
Mehdi Andisheh-Tadbir, Mohamed El Hannach, Erik Kjeang, Majid Bahrami

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2014
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueAnodic Oxide Films and Nanostructures
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésThermal diffusivityKnudsen diffusionPorosityAnodeGaseous diffusionMaterials scienceCathodeElectrolyteDiffusionMembrane electrode assemblyChemical engineeringNanotechnologyElectrodeComposite materialChemistryThermodynamics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The membrane electrode assembly (MEA) used in polymer electrolyte fuel cells consists of a membrane, two electrodes (anode and cathode), and two gas diffusion layers (GDLs). The GDL is responsible for providing the pathways for transport of the reactant gases from the flow channels to the catalyst layers. Hence, the mass transport resistance of this layer should be minimized for high performance operation. The GDL is typically a dual-layer carbon-based material composed of a macro-porous substrate, which usually contains carbon fibers, binder, and PTFE, and a thin delicate micro-porous layer (MPL), which is usually made of carbon nano-particles and PTFE. Spherical carbon nano-particles of 20-100 nm in diameter construct the complex structure of MPL. Small pore sizes and highly hydrophobic characteristics are the two main specifications of the MPL. The effective diffusivity of the MPL is a key property in determining the fuel cell performance. However, since the MPL is a recently developed material, the number of published works with focus on its diffusivity is limited. Measuring the MPL diffusivity is a challenging task since the MPL needs a physical support and cannot be analyzed as a separate object. Similar to its measurements, modeling the MPL diffusivity is also a difficult task (Nanjundappa et al., Electrochimica Acta 110:349-57), since it involves the reconstruction of the complex structure numerically and solving the diffusion equations in the nano-scale pores where the continuum assumption may be invalid and Knudsen diffusion may prevail. Usually, complex numerical algorithms are employed to reconstruct a small portion of the MPL. This step is followed by a computationally intensive stage to solve the diffusion equations inside the void spaces of the reconstructed domain. Although this approach leads to reliable and accurate results, an analytical relationship that correlates certain design parameters to the MPL diffusivity could be helpful. A fully analytical solution of the mass transport equation inside a randomly structured porous material is however not feasible. Simplifying assumptions are therefore required to derive an analytical model for predicting the transport properties of porous structures. The unit cell approach is one way of simplifying the structure. A unit cell is a hypothetical, periodic domain that represents the entire structure. Hence, optical observations can aid the selection of the optimal unit cell arrangement. In this work a unit cell is chosen based on cross-sectional SEM images of a standard MPL material. Generally, two main regions can be observed in the MPL: i) clusters of spherical particles; and ii) pores. The considered unit cell, which is devised based on these observations, is shown in Figure 1. The analogy between the heat and mass transfer is employed to solve the diffusion equation in the unit cell and a relationship is proposed to calculate the effective MPL diffusivity. The obtained values from this relationship are compared with the experimental data available in the literature and another stochastic model which is under development in our group. The proposed relationship is able to predict the MPL diffusivity with an acceptable accuracy, i.e., with less than 10% deviation. The required input parameters of the model are particle diameter, MPL porosity, and average pore size. A parametric study is then performed to examine the effects of these parameters on the MPL diffusivity. The proposed relationship is expected to be useful to the fuel cell community, especially for the purposes of performance modeling. Furthermore, the results from the parametric study c provide valuable information on the effects of carbon particle size, the MPL porosity, and the MPL pore size distribution on its effective diffusivity. Acknowledgments: This research was supported by Ballard Power Systems and the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.

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: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,008
Score d'incertitude au seuil0,017

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0020,001
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 Opus0,010
Tête enseignante GPT0,241
Écart entre enseignants0,231 · 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
GenreMéthodes

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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