MétaCan
Menu
← Retour à la cohorte
Enregistrement W4391663218 · doi:10.1149/ma2023-02391922mtgabs

In-Situ Fatigue Lifetime Modeling of a Reinforced Membrane by Projecting Critical Accumulated Plastic Dissipation Energy from Pressure Differential-Accelerated Mechanical Stress Tests

2023· article· en· W4391663218 sur OpenAlexaffabout
Mohsen Mazrouei Sebdani, Heather Baroody, Erik Kjeang

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFuel Cells and Related Materials
Établissements canadiensSimon Fraser University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésDissipationDifferential stressIn situMaterials scienceDifferential (mechanical device)Stress (linguistics)MechanicsStructural engineeringComposite materialPhysicsEngineeringThermodynamicsDeformation (meteorology)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) have become increasingly appealing over internal combustion engines because of their high efficiency, low operating temperature, and zero CO2 emissions. Nevertheless, the transportation sector necessitates high durability and reliability, which may be difficult to predict for emerging technologies. A crucial aspect is the ability of the thin membranes that conduct ions in PEFCs to endure the chemical and mechanical stresses that arise during dynamic operations. For mechanical fatigue, temperature and relative humidity (RH) fluctuations induce dynamic stresses that lead to the formation and propagation of microcracks in the membrane. As the membrane is confined by other components in the membrane-electrode assembly (MEA), changes in temperature and humidity can generate thermal and swelling strains in the membrane, leading to dynamic and residual stresses [1]. The US Department of Energy sets a passing criterion of 20,000 RH cycles for mechanical fatigue assessment. However, many modern reinforced membranes have already passed this threshold without failing [2]. Therefore, Ref [3] introduced a pressure differential between the cathode and anode sides of the membrane at 80°C to speed up the testing. In this research, the pressure differential-accelerated mechanical stress test (ΔP-AMST) method was applied to a reinforced membrane at two different temperatures and with four times faster humidity cycles in a wider range of ΔPs. This objective is to project the mechanical fatigue lifetime from the ΔP-AMST to the membrane under its in-situ conditions by using the critical accumulated plastic dissipation energy (CAPDE) in ΔP-AMSTs and the plastic dissipation energy (PDE) during a single cycle of humidity that the membrane experiences under complete fuel cell settings. The first step involves performing a series of ∆P-AMST, and in the second step, a finite element model (FEM) for ∆P-AMST based on the developed constitutive model for the tensile tests that covers temperature, humidity, and swelling strain impacts is built, and therefore its S-N curve is extracted. Next, a FEM model for a complete fuel cell is created, and the mechanical fatigue life is estimated by dividing the CAPDE in ∆P-AMST by the PDE in one cycle of the in-situ modeled membrane by considering amplitude stress as a link between the full fuel cell model and ∆P-AMST, as illustrated in Figure 1 and verified by previous studies [4,5]. In the final step, we will also discuss opportunities to integrate the present mechanical fatigue model with a chemical degradation module to simulate its impacts on fatigue lifetime. This integration includes the two main effects of chemical degradation, which are reflected in the thickness of the reinforced membrane [6] and its updated CAPDE [7]. Acknowledgments The authors gratefully acknowledge AVL Fuel Cell Canada and Mitacs for supporting this project. The authors also thank Roger Penn and Amy Nelson for technical advice. References [1] Alavijeh AS, Bhattacharya S, Thomas O, Chuy C, Yang Y, Zhang H, et al. Effect of hygral swelling and shrinkage on mechanical durability of fuel cell membranes. J Power Sources 2019;427:207–14. [2] Rodgers MP, Bonville LJ, Mukundan R, Borup RL, Ahluwalia R, Beattie P, et al. Perfluorinated sulfonic acid membrane and membrane electrode assembly degradation correlating accelerated stress testing and lifetime testing. ECS Trans 2013;58:129. [3] Alavijeh AS, Bhattacharya S, Thomas O, Chuy C, Kjeang E. A rapid mechanical durability test for reinforced fuel cell membranes. J Power Sources Adv 2020;2:100010. [4] Chen J, Goshtasbi A, Soleymani AP, Ricketts M, Waldecker J, Xu C, et al. Effects of cycle duration and test hardware in relative humidity cycling of a polymer electrolyte membrane. J Power Sources 2020;476:228576. [5] Hasan M, Chen J, Waldecker JR, Santare MH. Predicting fatigue lifetimes of a reinforced membrane in polymer electrolyte membrane fuel cell using plastic energy. J Power Sources 2022;539:231597. [6] Liu H, Chen J, Hissel D, Hou M, Shao Z. A multi-scale hybrid degradation index for proton exchange membrane fuel cells. J Power Sources 2019;437:226916. [7] Sun X, Shi S, Fu Y, Chen J, Lin Q, Hu J, et al. Embrittlement induced fracture behavior and mechanisms of perfluorosulfonic-acid membranes after chemical degradation. J Power Sources 2020;453:227893. 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: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,008

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 ouverte0,0010,000
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 Opus0,024
Tête enseignante GPT0,262
Écart entre enseignants0,238 · 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'étudeSimulation ou modélisation
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
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueECS Meeting Abstracts→Même sujetFuel Cells and Related Materials→Travaux en français237 207→