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Enregistrement W3117092548 · doi:10.1149/ma2020-02332165mtgabs

Cathode Electrode Durability Under Combined Start-up/Shutdown and Load Cycles

2020· article· en· W3117092548 sur OpenAlexaff
Marvin Messing, Erik Kjeang

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFuel Cells and Related Materials
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésDurabilityDuty cycleNuclear engineeringShutdownAutomotive engineeringDegradation (telecommunications)ElectrolyteDriving cycleCathodeEnvironmental scienceVoltageProton exchange membrane fuel cellMaterials scienceProcess engineeringFuel cellsPower (physics)ElectrodeEngineeringElectrical engineeringChemical engineeringElectric vehicleChemistryComposite material

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) enable the use of hydrogen as an alternative to fossil fuels to power light and heavy-duty vehicles. The cathode electrode (CE) plays a crucial role in the overall durability of PEFCs and efforts are underway to further understand and model the degradation of the CE. Fuel cell models which can simulate durability under different conditions can reveal optimal fuel cell usage scenarios, however, extensive testing is required to improve modeling accuracy. Accelerated stress tests (ASTs) are commonly used to simulate various operating conditions and isolate different degradation mechanisms. Operating conditions such as load cycles and start-up/shutdown (SUSD) cycles primarily cause CE degradation. In load cycle ASTs, fuel cell voltage is cycled between a near open circuit voltage (OCV) and a fixed lower potential to cause rapid degradation [1], [2]. More realistic results can be obtained using standard driving schedules to simulate voltage profiles which occur during different driving scenarios [3]; however, long testing times are required. SUSD ASTs apply potentials above the OCV of the fuel cell [4]. In this case, more realistic results can be obtained, without increasing testing times, by switching fuel and oxidant gases to simulate fuel displacing oxidant during start-up (vehicle turned on), and oxidant displacing fuel during shutdown (vehicle turned off) [5]. To further develop the understanding of CE durability, this study (a) investigates the relationship between load cycle and SUSD cycle degradation mechanisms and (b) combines empirical results from both tests into an empirical CE durability model. The load cycle AST used in this work consists of square wave voltage cycles between 0.6 V and OCV. A method is developed to relate the AST results to drive cycles, which allows for rapid CE degradation while maintaining relevance to realistic usage scenarios. SUSD testing is done with gas-switching for increased accuracy. Load cycling and SUSD cycling are also combined to form a third, mixed degradation test protocol. Scanning electron microscopy images are obtained at different stages for each of the three scenarios. The results show linear degradation trends for load cycle and SUSD cycle tests, and polynomial models were developed for each case. Assuming no coupling exists between the two degradation mechanisms, the combined protocol degradation was simulated based on combining predictions from the load cycle and SUSD cycle models. Experimental results from the same combined protocol show good agreement with the predicted degradation (Figure 1). Therefore, under the experimental conditions of this study, coupling effects between load cycle degradation and SUSD cycle degradation are negligible. Furthermore, the number of equivalent AST cycles is estimated from drive cycles using an amplitude threshold. This threshold value is then used as an input for the load cycle model to obtain durability predictions based on different drive cycles, and compared to results from the US National Renewable Energy Laboratory (NREL) [6]. The predictions of the CE durability model developed in this study fall within expected overall durability of the fuel cell vehicle [7]. References [1] C. Takei, K. Kakinuma, K. Kawashima, and K. Tashiro, J. Power Sources, vol. 324, pp. 729–737, 2016. [2] S. Joo et al., Int. J. Hydrogen Energy, vol. 37, no. 12, pp. 9775–9781, 2012. [3] United States Environmental Protection Agency, 2017. [Online]. Available: https://www.epa.gov/vehicle-and-fuel-emissions-testing/dynamometer-drive-schedules. [Accessed: 18-Feb-2019]. [4] S. Joo, S. Kim, J. In, J. Lee, H. Cho, and J. Park, Int. J. Hydrogen Energy, vol. 35, no. 17, pp. 9166–9176, 2010. [5] T. Mittermeier, A. Weiß, F. Hasché, G. Hübner, and H. A. Gasteiger, J. Electrochem. Soc., vol. 164, no. 2, pp. F127–F137, 2017. [6] D. Tokumura, Y. Horii, and J. Watanabe, DOE 2017 Annual Merit Review, Washington, p. 18, 2008. [7] M. Messing and E. Kjeang, J. Power Sources, vol. 451, 2020. Figure 1. Modeled and measured voltage degradation for combined load and start-up/shutdown cycling. 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 enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,009

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,001

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.

Tête enseignante Opus0,015
Tête enseignante GPT0,211
Écart entre enseignants0,196 · 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
Publié2020
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