High Performance, High Catalyst-Efficiency Hydrocarbon Fuel Cells
Notice bibliographique
Résumé
While perfluorinated sulfonic acid (PFSA) membrane and ionomer materials such as Nafion® form the standard for high-performance proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs), the limited and difficult chemistry of perfluorinated materials hampers further material development to extended fuel cell performances and lifetimes, while the high cost of perfluorinated materials contributes to the cost barrier limiting the ubiquity adoption of fuel cells for energy generation. One method of reducing cost is the US Department of Energy target of 0.0625-0.125 mg PGM/cm2 as a catalyst loading. However, at low to ultra-low catalyst loadings, PFSAs exhibit a substantial increase in resistivity attributed to oxygen mass transport losses, particularly in the far Ohmic region of polarization data, causing disproportionate reductions to achievable power densities. Hydrocarbon proton-exchange materials offer the potential for solutions to material issues inherent to PFSAs, with established, varied chemistry allowing for versatile material innovation. Properties such as lower fuel crossover and improved operation in desirable operational conditions such as reduced relative humidity (RH) or high temperature has been well established. Together with the lower cost of basic materials and the ability to recycle catalyst layers, these properties make the demonstration of high performance, fully hydrocarbon PEMFC operation significantly of interest to the field. Here, hydrocarbon proton-exchange materials are shown that exhibit significant radical stability and high conductivities. Furthermore, these materials form thin membranes and are soluble in low-boiling, polar solvents necessary for incorporation as ionomer into catalyst inks that create high-quality catalyst layers. MEAs and catalyst layers were formed, incorporated into fuel cells, and characterized in situ by IV polarization, CV, CA, LSV, and EIS, and ex situ by mercury porosimetry and SEM. As ionomers, these exhibit reduced mass transport losses compared to PFSA ionomers, a result of substantially smaller increases to oxygen mass transport losses than PFSAs exhibit as catalyst layer loadings are decreased. As fully hydrocarbon fuel cells, improved interfaces lead to improved water transport and lower total resistivity attributable to membrane and ionomer congruency, thereby achieving higher power densities than directly comparable PFSA references using rigorously optimized conditions and catalyst loadings. These high-performance hydrocarbon proton-exchange materials may thereby represent a fully hydrocarbon alternative to PFSA materials for hydrogen fuel cells.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| 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 | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».