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Enregistrement W4240846081 · doi:10.1149/ma2014-02/21/1084

Effect of Electrode Patterning on PEM Fuel Cell Performance using Ink-Jet Printing Method

2014· article· en· W4240846081 sur OpenAlexaff
Shantanu Shukla, Kailyn Domican, Marc Secanell

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2014
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFuel Cells and Related Materials
Établissements canadiensUniversity of Alberta
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésElectrodeMaterials sciencePlatinumProton exchange membrane fuel cellMembrane electrode assemblyFabricationElectrolyteNanotechnologyComposite materialOptoelectronicsMembraneChemistryCatalysis

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Performance of a polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells depends upon several electrode parameters such as platinum loading, micro-structure and ionomer content. These parameters can be varied by changing the catalyst ink formulation and electrode fabrication technique [1]. In this work, inkjet printing is investigated as an electrode fabrication technology. Our results show that with this technique, it is possible to have an electrode thickness of less than 2 µm with an evenly distributed micro-structure and a platinum loading of around 25 µg/cm2 [2]. The platinum mass activity of these electrodes is seen to be up to 8 times higher that a conventionally fabricated electrode at high current densities, mainly due to the reduction in macro-scale transport losses due to the reduced thickness (Figure 1). Electrode current density at low overpotentials was improved with increasing Pt loading by increasing the number of deposited layers. However, this resulted in an increased electrode thickness which increased the mass-transport losses thereby reducing the platinum mass activity at high current densities. It was hypothesized that patterning of electrodes would help reducing mass-transport losses at the macro-scale by having through-plane pathways for the reactant gases and water. It has also been shown that patterning of the electrodes influences the electrochemical active area of the cell [3]. This work studies the fabrication process of patterned electrodes and their performance when compared to a normal electrode. First, the resolution of our inkjet printer technology was studied. Various patterns were tested using two printer cartridges having drop volumes of 1 pL and 10 pL corresponding to a nozzle diameter of 9 µm and 21 µm respectively. It is shown that distinguishable patterns as small as 200 µm x 200 µm could be fabricated. The maximum resolution is shown to be a function of the nozzle diameter, substrate used, number of active nozzles during the fabrication process, droplet spacing, and number of printed layers. Figure 2 shows sample spacing resolutions between the patterns fabricated. Smaller nozzle size helps in increasing the pattern resolution. Minimum distinguishable spacing between the patterns was found to be 100 µm when using the 1 pL cartridge and 500 µm with the 10 pL cartridge. Figure 3 shows a performance comparison at 70% RH and a cell temperature of 80 C between two catalyst coated membranes with a 5 cm2 cathode layer obtained using: a) a patterned electrode, and b) a conventional electrode (15 layers). The estimated cathodic Pt loading for both the CCMs is approximately 0.175 mg/cm2. It can be seen that patterning significantly improves the cell performance at high current densities due to reduction in the mass-transport losses as there is lower resistance to the flow of gases through the electrode. This effect will be more prominent once the performance plots are obtained when using cathodic reactant gas with lower oxygen concentration. The effects of cell performance on the type of patterns and the substrate used for ink deposition is underway. References [1] S. Shukla, S. Bhattacharjee and M. Secanell. ECS Transactions, 58(1):1409–1428, 2013. [2] S. Shukla, K. Taufertshoefer, S. Bhattacharjee, K. Karan, D. Malevich, E. Halliop and M. Secanell. Proceedings of the 10th ASME Fuel Cell Science, Engineering and Technology Conference, San Diego, California, US, July 23-26, 2012 [3] D. Malevich, M. Saha, E. Halliop, B. Peppley, Jon G. Pharoah and K. Karan. ECS Transactions, 50(2): 423–427, 2013

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)0,002
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 enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,003

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,000
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 Opus0,006
Tête enseignante GPT0,225
Écart entre enseignants0,219 · 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
Publié2014
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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