PEMFC performance improvement through oxygen starvation prevention, modeling, and diagnosis of hydrogen leakage
Notice bibliographique
Résumé
Catalyst degradation results in emerging pinholes in Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs) and subsequently hydrogen leakage. Oxygen starvation resulting from hydrogen leaks is one of the primary life-limiting factors in PEMFCs. Voltage reduces as a result of oxygen starvation, and the cell performance deteriorates. Starved PEMFCs also work as a hydrogen pump, increasing the amount of hydrogen on the cathode side, resulting in hydrogen emissions. Therefore, it is important to delay the occurrence of oxygen starvation within the Membrane Electrode Assembly (MEA) while simultaneously be able to diagnose the hydrogen crossover through the pinholes. In this work, first, we focus on catalyst configuration as a novel method to prevent oxygen starvation and catalyst degradation. It is hypothesized that the redistribution of the platinum catalyst can increase the maximum current density and prevent oxygen starvation and catalyst degradation. Therefore, a multi-objective optimization problem is defined to maximize fuel cell efficiency and to prevent oxygen starvation in the PEMFC. Results indicate that the maximum current density rises about eight percent, while the maximum PEMFC power density increases by twelve percent. In the next step, a previously developed pseudo two-dimensional model is used to simulate fuel cell behavior in the normal and the starvation mode. This model is developed further to capture the effect of the hydrogen pumping phenomenon and to measure the amount of hydrogen in the outlet of the cathode channel. The results obtained from the model are compared with the experimental data, and validation shows that the proposed model is fast and precise. Next, Machine Learning (ML) estimators are used to first detect whether there is a hydrogen crossover in the fuel cell and second to capture the amount of hydrogen cross over. K Nearest Neighbour (KNN) and Artificial Neural Network (ANN) estimators are chosen for leakage detection and classification. Eventually, a pair of ANN classifier-regressor is chosen to first isolate leaky PEMFCs and then quantify the amount of leakage. The classifier and regressor are both trained on the datasets that are generated by the pseudo two-dimensional model. Different performance indexes are evaluated to assure that the model is not underfitting/overfitting. This ML diagnosis algorithm can be employed as an onboard diagnosis system that can be used to detect and possibly prevent cell reversal failures.
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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) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
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 ».