Cyclic Hygral Swelling and Shrinkage Behavior of Fuel Cell Membranes
Notice bibliographique
Résumé
Mechanical membrane durability is a key factor for the overall lifetime of PEM fuel cells. It is therefore important to understand the impact of the dynamic membrane hygral swelling and shrinkage characteristics on the in-situ mechanical stresses and the associated mechanical durability. In this work, an in-depth experimental investigation was carried out to determine the cyclic hygral swelling and shrinkage properties of four commonly used types of fuel cell membranes: Nafion® NRE211, two different expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) reinforced perfluorosulfonic acid ionomer membranes, and one hydrocarbon membrane. In addition to the bare membranes, the effect of coating the membranes with catalyst layers on the hygral swelling/shrinkage behavior was also investigated. Tensile specimens were subjected to ex-situ hydration and dehydration cycles using a dynamic mechanical analyzer (TA Instruments Q800 DMA) equipped with an environmental chamber, wherein the dynamic swelling and shrinkage characteristics as well as the residual stresses were measured for each membrane by displacement sensor and load cell, respectively. Hydrocarbon and reinforced PFSA ionomer membranes revealed higher shrinkage than swelling at each RH cycle, resulting in an overall shrinkage. Inside a fuel cell stack where membrane swelling and shrinkage is constrained, the observed shrinkage would result in internal tensile stress in the membrane and adjacent components, and hence reduce the overall membrane mechanical durability. The accumulation of residual stress during successive RH cycles was therefore measured explicitly using a custom-designed constrained shrinkage test and compared to the tensile properties of each individual membrane. For example, the hydrocarbon membranes analyzed in this work showed large residual stresses (severe contraction) during confined shrinkage at 80oC that exceeded their yield stress, and are therefore deemed prone to failure after repeated RH cycles. In addition, the hygral swelling and shrinkage behavior of each membrane was compared to the corresponding catalyst-coated membranes and the reinforcement offered by the catalyst layers was determined. The identified swelling and shrinkage properties, generalized into three different categories of overall cyclic behavior, have vital implications for the development of durable fuel cell membranes and membrane electrode assemblies. In addition to providing good mechanical strength, the membranes are also expected to accommodate or preferably eliminate progressive shrinkage stresses during dynamic fuel cell operation.
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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) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 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 ».