Fatigue and Mechanical Damage Propagation in Automotive PEM Fuel Cells
Notice bibliographique
Résumé
Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells are generally exposed to high magnitude road-induced vibrations and impact loads, frequent humidity-temperature loading cycles, and freeze/thaw stresses when employed in automotive applications. The resultant mechanical stresses can play a significant role in the evolution of mechanical defects in the membrane electrode assembly (MEA). The focus of this research is to investigate fatigue challenges due to humidity-temperature (hygrothermal) cycles and vibrations and their effects on damage evolution in PEM fuel cells. To achieve this goal, this thesis is divided into three parts that provide insight into damage propagation in the MEA under i) hygrothermal cycles, ii) external applied vibrations, and iii) a combination of both to simulate realistic automotive conditions. A finite element damage model based on cohesive zone theory was developed to simulate the propagation of micro-scale defects (cracks and delaminations) in the MEA under fuel cell operating conditions. It was found that the micro-defects can propagate to critical states under start-up and shut-down cycles, prior to reaching the desired lifespan of the fuel cell. The simultaneous presence of hygrothermal cycles and vibrations severely intensified damage propagation and resulted in considerably large defects within 75% of the fuel cell life expectancy. However, the order of generated damage was found to be larger under hygrothermal cycles than vibrations. Under hygrothermal cycles, membrane crack propagation was more severe compared to delamination propagation. Conversely, the degrading influence of vibrations was more significant on delaminations. The presence of an anode/cathode channel offset under the combined loadings lead to a 2.5-fold increase in the delamination length compared to the aligned-channel case. The developed model can be used to investigate the damage behaviour of current materials employed in fuel cells as well as to evaluate the alternative materials for the next generation of fuel cell development.
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».