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Enregistrement W2335855422 · doi:10.1149/ma2014-01/18/802

Mechanical Damage Propagation in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells Under Humidity and Temperature Cycles

2014· article· en· W2335855422 sur OpenAlexaff
Roshanak Banan, Jean W. Zu, Aimy Bazylak

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2014
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFuel Cells and Related Materials
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésProton exchange membrane fuel cellMaterials scienceElectrolyteComposite materialRelative humidityPolymerMembrane electrode assemblyNafionHumidityChemical engineeringElectrodeFuel cellsChemistryElectrochemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Significant advancements have been made in polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) technologies over the past decade in areas such as water management, thermal management and electrocatalysis. However, challenges still remain in the area of mechanical degradation [1]. Reported mechanical damage in PEMFCs includes cracks and delaminations (separation of the layers) in the membrane electrode assembly (MEA), pore size distribution changes in the porous layers, and fractures in the gas diffusion layer (GDL) [2–4]. Such mechanical damage can lead to fuel crossover, performance degradation, and reduced durability [5]. Therefore, it is necessary to identify and control the mechanisms that are involved in damage initiation and propagation in the PEMFC. Mechanical stresses induced by temperature and relative humidity cycles during PEMFC operation play an important role in the initiation and evolution of mechanical damage in the MEA [6]. The PEMFC is particularly susceptible to damage in transportation applications, where the fuel cell is subjected to a high number of start-up/shut down cycles and hence a higher number of humidity and temperature variations compared with stationary applications [7] To the authors’ best knowledge, there is a scarcity in the number of studies regarding mechanical damage evolution in PEMFCs due to humidity and temperature variation [3,4]. Rong et al. [4] modeled a three-phase microstructure including Nafion, a carbon/platinum (C/Pt) agglomerate and a pore. They found that frequent start-up and shutdown cycles of fuel cells leads to earlier initiations of damage at the catalyst layer (CL)/membrane and GDL/CL interfaces. Poornesh et al. [3] investigated the effect of the CL material properties on the crack propagation in the MEA. These valuable studies have provided insight into the mechanical damage evolution in PEMFCs; however, the geometry of the modeled crack and the applied loading regime in their studies are idealized and do not represent the real critical situation in PEMFCs. The goal of this work is to establish a comprehensive numerical model to study the delamination and crack evolution in PEMFCs. A finite element (FE) model based on the cohesive zone theory [8] is employed to describe the delamination propagation at the membrane/CL interface due to duty cycles. Furthermore, the effects of the alignment of the bipolar plates (alternating and aligned gas channels), frequency and the number of humidity and temperature cycles, and the initial length of the delmaination on the damage propagation pattern are investigated. The employed FE model includes two bipolar plates, two GDLs, two CLs, a Nafion membrane, and a delamination, as shown in Figure 1. In order to simulate the loading condition in a working PEMFC, cycles of humidity and temperature are applied to the model as shown in Figure 2. The humidity increases from 30% to 95%, while the temperature increases from 20 0C to 86 0C[6]. This work provides insight into the importance of considering mechanical damage to the MEA under working conditions in transportation applications. References [1] The Department of Energy Hydrogen and Fuel Cells Program Plan - Draft. 2010, pp. 1–105. [2] S. Kim, B. K. Ahn, and M. M. Mench, Journal of Power Sources, vol. 179, no. 1, pp. 140–146, 2008. [3] K. K. Poornesh, C. D. Cho, G. B. Lee, and Y. S. Tak, Journal of Power Sources, vol. 195, no. 9, pp. 2718–2730, 2010. [4] F. Rong, C. Huang, Z. Liu, D. Song, and Q. Wang, Journal of Power Sources, vol. 175, no. 2, pp. 699–711, 2008. [5] G. Diloyan, M. Sobel, K. Das, and P. Hutapea, Journal of Power Sources, vol. 214, pp. 59–67, Sep. 2012. [6] A. Kusoglu, A. M. Karlsson, M. H. Santare, S. Cleghorn, and W. B. Johnson, Journal of Power Sources, vol. 170, no. 2, pp. 345–358, Jul. 2007. [7] Y. Tang, M. Santare, and A. Karlsson, Journal Of Fuel Cell Science And Technology, vol. 3, 2006. [8] A. Turon, J. Costa, P. P. Camanho, and C. G. Dávila, Composites Part A, vol. 38, no. 11, pp. 2270–2282, Nov. 2007.

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)0,000
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 enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,005

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
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 Opus0,006
Tête enseignante GPT0,193
Écart entre enseignants0,188 · 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

Citations1
Publié2014
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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