Advances in Structural Characterization Using Soft X-ray Scanning Transmission Microscopy (STXM): Mapping and Measuring Porosity in PEM-FC Catalyst Layers
Notice bibliographique
Résumé
Access of fuel and oxidant gases to the active catalyst sites in dispersive electrodes of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEM-FC) is an important characteristic defining the performance of the whole catalyst coated membrane unit (CCM). The electrode porosity – the ratio of empty space to the whole volume of the electrode – is a metric widely used to characterize the ability of a particular electrode to provide gas transport. It is common practice to present electrode porosity as a number averaged over a macroscopic volume of the electrode [1]. In compliment to already established methods, soft X-ray scanning transmission X-ray microscopy (STXM) offers the possibility to visualize the microscopic network of the pore space in the electrode with ~30 nm spatial resolution. Thus, in addition to average porosity, STXM provides porosity distributions in electrodes, with a local value averaged per voxel of ~1003 nm3. Relative to studies of the electrode porosity visualized by the focused ion beam – scanning electron microscopy method (FIB-SEM) [2], STXM provides direct visualization of the pore-space in the electrode without destroying the sample and omitting the 3D reconstruction process. Here we present STXM porosity distribution for 2D projection of the thin cathode lamella. STXM pore space visualization relies on filling the pores with a material that STXM can discriminate spectroscopically relative to the other components (carbon support, ionomer, and metal catalyst-Pt) [3]. In these experiments the cathode catalyst decals are embedded with a custom epoxy (TTE, the product of reacting trimethylolpropane triglycidyl ether and 4,4’-methylenebis(2-methylcyclohexylamine in 1:1 wt ratio, which results in a final chemical formula (C10H10N3)n and density of 1.0 g/cm3). While the TTE epoxy is fluid it wets well the electrode inner interfaces filling most of the available space. 100 nm thick microtomed sections of the cathode embedded in TTE are measured by STXM at the C 1s edge at the Canadian Light Source (Saskatoon) or the Advanced Light Source (Berkeley). The C1s stacks, consisting of images at 50-70 energies over 280-330 eV with 100 nm pixels, are converted to optical density, and then fit using standard, quantitative reference spectra (OD1 scale) of carbon-support (Cs), ionomer (I), TTE and Pt components to construct 2D component maps of each component. The grayscale value at each pixel is the nm thickness of that component. The total volume is the sum of Cs, I, TTE, and Pt values at each pixel. The 2D porosity map is then the ratio of the TTE map to the total-volume map, where each pixel has a unit of part per volume (ppvol). STXM performed using BL 10ID1 at CLS and BL 5.3.2.2 at ALS. Research supported by NSERC. S. Shukla, et.al., 231 ECS 2017, Abst 97034, https://ecs.confex.com/ecs/231/webprogram/Paper97034.html M.Sabharwal, et al., Fuel Cell, 16 (2016) No.6, 734–753 H. Ade, et al., Polymers, 49 (2008) 643-675 Figure 1
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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 | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
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.
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 ».