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Enregistrement W2729318748 · doi:10.1149/ma2017-02/35/1565

Tracking Degradation Induced Structural and Compositional Changes of a Polymer Electrolyte Fuel Cell Cathode Catalyst Layer Following Voltage Cycling Using Micro-Xct

2017· article· en· W2729318748 sur OpenAlexaffabout
Robin White, Sebastian H. Eberhardt, Marina Najm, Francesco P. Orfino, Monica Dutta, Erik Kjeang

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2017
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueElectron and X-Ray Spectroscopy Techniques
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésMaterials scienceElectrolyteDegradation (telecommunications)CathodeChemical engineeringCatalysisLayer (electronics)Carbon fibersComposite materialElectrodeChemistryComposite numberOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Degradation of cathode catalyst layers during typical automotive operation is a concern for long-term durability and performance of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs). Although many degradation pathways exist, carbon corrosion following significant voltage fluctuations should be considered a primary degradation mechanism due to the role carbonaceous material plays in catalyst layer composition and structure. Following carbon support corrosion, catalytic activity is lost due to removal, isolation, or agglomeration of catalyst particles. Eventual collapse of the weakened carbon support structure can lead to changes in porosity and pore size distribution, thus blocking transport pathways for gas flow and water removal. Furthermore, changes in surface roughness and composition by addition of surface oxidation groups can increase hydrophilicity, increasing the possibility of flooding in the catalyst layer [ 1]. A detailed understanding of the structural and compositional changes that occur following degradation of the catalyst layer is therefore required. To date, imaging of PEFC component degradation, in particular the cathode catalyst layer, has primarily been limited to ex situ techniques and associated qualitative morphological observations [ 2, 3]. Recent developments in lab-based X-ray computed tomography (XCT) systems have allowed for nondestructive in situ imaging of PEFCs [ 4] accomplished by using a unique device fixture design and XCT operation to obtain same location tracking with high quality three-dimensional tomographies over different stages of cathode catalyst layer (CCL) degradation [ 5]. In this work, this technique is expanded to visualize and measure quantitative morphological and compositional changes that occur with degradation of the cathode catalyst layer during voltage cycling, see Figure 1. This analysis is combined with simultaneous tracking of the liquid water distribution in the gas diffusion layer and CCL by specialized operandovisualization, not previously performed for lab-based XCT. The attenuation of X-rays is related to the elemental composition as well as the density of the material being imaged as defined by the Beer-Lambert law. By exploiting this property, novel insight into the local compositional changes of the cathode catalyst layer are investigated and uniquely correlated to the water distribution changes in an operating fuel cell, which has not been previously possible. The acquired compositional and morphological changes are further supplemented with electrochemical diagnostics measurements such as fuel cell polarization curves, electrochemical active surface area (ECSA) and double layer capacitance. This comprehensive study highlights the effect of CCL degradation on overall fuel cell performance. Significant losses in the mass transport regime of the polarization curve are correlated to possible flooding of the catalyst layer and reduced oxygen transport through observation of density increase and reduced thickness. Local material composition changes such as carbon loss, ionomer distribution and platinum loading are also calculated and discussed. Acknowledgements: Funding for this research was provided by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, Canada Foundation for Innovation, British Columbia Knowledge Development Fund, and Ballard Power Systems through an Automotive Partnership Canada grant. References: 1. Fairweather, J. D. et al., Fuel Cells. J. Electrochem. Soc. 160 (9), F980-F993 (2013). 2. Deevanhxay, P., Sasabe, T., Minami, K., Tsushima, S. & Hirai, S., Electrochim. Acta 135, 68-76 (2014). 3. Hwang, G. S. et al., Electrochim. Acta 95, 29-37 (2013). 4. White, R. T., Najm, M., Dutta, M., Orfino, F. P. & Kjeang, E. J. Electrochem. Soc. 163 (10), F1206-F1208 (2016). 5. White, R. T. et al., J. Power Sources 350, 94-102 (2017). 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)0,000
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 enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,003

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 savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
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 Opus0,031
Tête enseignante GPT0,306
Écart entre enseignants0,275 · 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
Publié2017
Routes d'admission2
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