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Enregistrement W2520216683 · doi:10.1149/ma2016-02/38/2753

Impact of Liquid Water on Oxygen Transport Resistance in a PEMFC Cathode Via Limiting Current Methods and Concurrent Synchrotron X-Ray Radiography

2016· article· en· W2520216683 sur OpenAlexaff
Daniel Muirhead, Rupak Banerjee, Stéphane Chevalier, Nan Ge, Michael G. George, James Hinebaugh, Jong‐Min Lee, Hang Liu, Pranay Shrestha, Aimy Bazylak

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2016
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFuel Cells and Related Materials
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésLimiting currentProton exchange membrane fuel cellElectrolyteOxygen transportDiffusionCathodeOxygenChemistryCurrent (fluid)Gaseous diffusionHydrogenAnalytical Chemistry (journal)Current densityLimiting oxygen concentrationWater transportElectrochemistryMaterials scienceChemical engineeringThermodynamicsMembraneWater flowChromatographyElectrodeEnvironmental engineeringOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The accumulation of liquid water formed by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen in a polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell causes a gas diffusion layer (GDL) to become effectively less porous and more tortuous. To achieve designs directed for water and gas transport in PEMFC diffusion media, a nuanced understanding of the nature and extent of GDL water as an impedance to oxygen flux is required. In this work, a limiting current approach was used to measure the mass transport resistance in a custom PEM fuel cell. Using a small active area at high stoichiometric ratios, it was assumed that the concentration of gases was constant along the length of the reactant flow channels, creating a uniform concentration gradient across the entire diffusion medium. If the fuel cells are then operated at the limiting current density, where cell potential approaches zero, it can also be assumed that all the reactants are being consumed and the concentration of reactants at the reaction site is effectively zero. Consequently, oxygen transport resistance in these conditions can be inferred directly from the limiting current density using the following equation, where RT is the transport resistance in s/cm, c0 is the oxygen concentration at the reactant channel and iL is the limiting current: RT = 4Fc0/iL Previously, through a thorough set of limiting current experiments at a range of operating conditions, Baker et al.1 showed that the carbon-fiber diffusion medium is the dominant contributor to oxygen transport resistance. Owejan et al.2 combined limiting current methods with in situ neutron radiography to demonstrate a strong qualitative correlation between GDL saturation and oxygen transport resistance. Synchrotron radiography has been established as a powerful tool for visualizing water distribution in PEMFC diffusion media3. In this work, synchrotron X-ray radiographs were obtained with a pixel size of 6.5 µm with a spatial resolution of 10 μm. GDL materials were imaged in operando at limiting current over a range of relative humidities (set in the inlet cathode gas stream). Figure 1 (a) is an example radiograph of a cell operating at limiting current density processed according to the Beer-Lambert law5,6. A distinct in-plane variation in liquid water distributions is visible between regions over ribs and regions over channels (Figure 1 (b)). This work exploits the high spatial resolution for capturing liquid water accumulation trends, information which is essential for building towards a direct, quantitative empirical relation between oxygen transport resistance and GDL saturation. References: 1. Baker DR, Caulk DA, Neyerlin KC, Murphy MW. Measurement of oxygen transport resistance in PEM fuel cells by limiting current methods. J Electrochem Soc. 2009;156(9):B991-B1003. 2. Owejan JP, Trabold TA, Mench MM. Oxygen transport resistance correlated to liquid water saturation in the gas diffusion layer of PEM fuel cells. Int J Heat Mass Transfer. 2014;71(0):585-592. 3. Lee J, Hinebaugh J, Bazylak A. Synchrotron X-ray radiographic investigations of liquid water transport behavior in a PEMFC with MPL-coated GDLs. J Power Sources. 2013;227:123-130. 4. Lee J, Yip R, Antonacci P, Ge N, Kotaka T, Tabuchi Y. Synchrotron investigation of microporous layter thickness on liquid water distribution in a PEM fuel cell. J Electrochem Soc. 2015;162(7):F669--676. 5. Manke I, Hartnig C, Gruenerbel M, et al. Investigation of water evolution and transport in fuel cells with high resolution synchrotron x-ray radiography. Appl Phys Lett. 2007;90(17):174105. 6. Hartnig C, Manke I, Kardjilo N, et al. Combined neutron radiography and locally resolved current density measurements of operating PEM fuel cells. J Power Sources. 2008;176(2):452-459. Figure 1

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)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,001
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 Opus0,012
Tête enseignante GPT0,273
Écart entre enseignants0,261 · 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
Publié2016
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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