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Enregistrement W2903216893 · doi:10.1149/ma2018-02/41/1352

Pore-Network Reconstruction and Simulation of the Fuel Cell Catalyst Layer

2018· article· en· W2903216893 sur OpenAlexaff
Mohammadamin Sadeghi, Jake E. Barralet, Jeff T. Gostick

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2018
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueCatalytic Processes in Materials Science
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésScale (ratio)Layer (electronics)CatalysisComputer sciencePorosityCombustionMaterials scienceProcess engineeringNanotechnologyDistributed computingEngineeringChemistryPhysicsComposite material

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Fuel cell technology is widely considered as a promising green alternative to the current internal combustion engines. Nevertheless, they are still expensive and therefore not economically viable for the majority. Among others, platinum underutilization in the catalyst layer is known problem that if tackled leads to a significant price reduction. The difficulty of this task stems from the very small size of the catalyst layer which makes it extremely difficult to probe experimentally. Consequently, modeling has been proven useful to give insights about the influencing factors in the catalyst layer and how they affect the overall performance of the fuel cell. Recently, pore-scale modeling has been employed to better understand transport phenomena at microscopic level. Nevertheless, because of the exponential computing requirements, most studies had to limit their scope either in domain size or resolution, which has two direct consequences: (a) the results may not be representative, and (b) they are not truly predictive. We propose a pore-scale model for the catalyst layer in the nanometer scale. Resolving the catalyst layer at this scale is unprecedented to the best of our knowledge. The model is based on pore-networks, i.e. mapping the porous structure onto an intricate network of pores connected through arbitrary throats. The underlying assumption in pore network models is that intensive properties are constant throughout each pore. Given the extremely small scale of pores in the catalyst layer, i.e. ~100 um, this assumption is reasonable. While pore network models inevitably introduce a small error, they reduce the computing requirement by 4 orders of magnitude or more. This feature allows for studying much larger domains with the same computing power. First, we digitally reconstruct the microstructure of the catalyst layer based on a process-based technique introduced by [1]. The reconstructed geometry is in the form of a 3d image and consists of 4 distinct phases: carbon support, platinum, nafion, and void. Using a network extraction algorithm [2], the equivalent networks corresponding to the void and carbon phases are extracted. We propose a simple algorithm to couple the two extracted networks with the remainder of the original 3d image, which now only consists of nafion and platinum. Finally, the diffusive transport of oxygen coupled with conductive transport of protons and electrons with the electrochemistry at the interface of nafion and platinum is solved through an iterative scheme. The results are reported in terms of effective properties and polarization curves. The effect of microstructural features such as nafion content and platinum loading on such properties are studied. All the geometric reconstructions and transport simulations were done with the open-source code OpenPNM [3]. The present study is a major step towards better understanding the multiphysics involved in the catalyst layer at true pore scale. The pore network methodology used in this study was key to significantly reducing the computing requirements that otherwise have hindered studying the catalyst layer at higher resolutions. We hope that this study will become a cornerstone for many future studies. References [1] Siddique, N. A., and Fuqiang Liu. Electrochimica Acta 55.19 (2010): 5357-5366. [2] Gostick, Jeff T. Physical Review E 96.2 (2017): 023307. [3] Gostick, Jeff, et al. Computing in Science & Engineering 18.4 (2016): 60-74. 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)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,023

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0020,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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 Opus0,015
Tête enseignante GPT0,250
Écart entre enseignants0,235 · 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'étudeSimulation ou modélisation
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
Publié2018
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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