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Enregistrement W4241217779 · doi:10.1149/ma2017-02/32/1432

Phosphoric Acid Distribution Patterns in High Temperature PEM Fuel Cells

2017· article· en· W4241217779 sur OpenAlexaff
Nico Bevilacqua, Michael G. George, Aimy Bazylak, Roswitha Zeis

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2017
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFuel Cells and Related Materials
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPhosphoric acidProton exchange membrane fuel cellElectrolyteTriple phase boundaryMaterials scienceElectrodeMembrane electrode assemblyElectrochemistryChemical engineeringCatalysisAtmospheric temperature rangePhase (matter)Operating temperatureAnalytical Chemistry (journal)ChemistrySolid oxide fuel cellChromatographyElectrical engineeringOrganic chemistryThermodynamics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

As the proton conducting medium, phosphoric acid plays a vital role in high temperature PEM fuel cells (HT-PEMFC) operating in the temperature range from 140-200°C. The acid is introduced into the fuel cell by doping the polybenzimidazole (PBI) membrane, and it migrates into the catalyst layer (CL) when the cell is assembled. The acid distribution continues during the activation phase and is influenced by operating conditions such as the cell temperature, reactant flowrates, current density, and electrode potential. The electrochemical active surface area (ECSA), which is critical for the fuel cell performance, is determined by the triple-phase boundary (the common boundary of the catalyst particles, the reactant gases, and the phosphoric acid). Due to the liquid state of the phosphoric acid electrolyte, the triple-phase boundary of the HT-PEMFC may evolve continuously during the cell operation. For better control of this dynamic process, HT-PEMFCs are usually constructed with thick electrodes (≈ 100 µm) and a relatively high platinum loading (≈ 1 mgPt/cm2). A better understanding of the acid distribution patterns would help improve the electrode designs and lower the cost by reducing the Pt loading. In this work, we investigate the distribution of phosphoric acid in gas diffusion electrodes (GDE). The study combines imaging techniques (micro-computed tomography or µCT, FIB-SEM) with modeling (Pore Network Modeling or PNM). To validate the application of PNM, phosphoric acid was injected into different GDEs and the invasion pattern was investigated. The samples were mounted in a sample holder emulating a rib and channel structure, and they were inspected using µCT. The reconstructed 3D image stacks were subsequently segmented into void-, carbon fiber-, MPL-, and CL-voxels1, and the segmented images were then reconstructed into a 3D pore network2. This pore network contains the real shapes of the pores and throats, and therefore the flow characteristics are still representative of the real sample3. The quality of the extracted network is solely limited by the quality of the µCT images. Invasion percolation simulations were performed using the open source package OpenPNM to predict the distribution of phosphoric acid inside GDEs, showing the effect of network parameters on the invasion pattern. We found that the experimentally observed invasion patterns agree very well with the pore network simulation and that invasion percolation is a valid approach to investigate phosphoric acid distributions in GDEs4. The presence of an MPL restricts the intrusion of phosphoric acid into the carbon fiber substrate and significantly reduces the saturation. Figure 1 shows the simulated phosphoric acid invasion pattern into a densely woven carbon fiber layer. The pathway is tortuous and exhibits capillary fingering, and the acid is creeping alongside the bottom of the rib of the sample holder until it emerges into the channel. These observations are all consistent with experiments. References 1. Banerjee, R. et al. Heterogeneous porosity distributions of polymer electrolyte membrane fuel cell gas diffusion layer materials with rib-channel compression. Int. J. Hydrog. Energy 41,14885–14896 (2016). 2. Hinebaugh, J. & Bazylak, A. Pore Network Modeling to Study the Effects of Common Assumptions in GDL Liquid Water Invasion Studies. ESFuelCell 201291466 (2012). 3. Gostick, J. et al. OpenPNM: A Pore Network Modeling Package. Comput. Sci. Eng. 18,60–74 (2016). 4. Chevalier, S. et al. Role of the microporous layer in the redistribution of phosphoric acid in high temperature PEM fuel cell gas diffusion electrodes. Electrochimica acta, 212 , 187-194. (2016). 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)0,000
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
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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 GPT0,197
Écart entre enseignants0,191 · 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
Publié2017
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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