Advanced Electrode Structures for Proton Exchange Membrane Fuel Cells: Current Status and Path Forward
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) have demonstrated their viability as a promising candidate for clean energy applications. However, performance of conventional PEMFC electrodes, especially the cathode electrode, suffers from low catalyst utilization and sluggish mass transport due to the randomly distributed components and tortuous transport pathways. Development of alternative architectures in which the electrode structure is controlled across a range of length scales provides a promising path toward overcoming these limitations. Here, we provide a comprehensive review of recent research and development of advanced electrode structures, organized by decreasing length-scale from the millimeter-scale to the nanometer-scale. Specifically, advanced electrode structures are categorized into five unique architectures for specific functions: (1) macro-patterned electrodes for enhanced macro-scale mass transport, (2) micro-patterned electrodes for enhanced micro-scale mass transport, (3) electrospun electrodes with fiber-based morphology for enhanced in-plane proton transport and through-plane O 2 transport, (4) enhanced-porosity electrodes for improved oxygen transport through selective inclusion of void space, and (5) catalyst film electrodes for elimination of carbon corrosion and ionomer poisoning. The PEMFC performance results achieved from each alternative electrode structure are presented and tabulated for comparison with conventional electrode architectures. Moreover, analysis of mechanisms by which new electrode structures can improve performance is presented and discussed. Finally, an overview of current limitations and future research needs is presented to guide the development of electrode structures for next generation PEMFCs. Graphical Abstract Development of improved electrode architectures with the control of structure on length scales ranging from millimeters to nanometers could enable a new generation of fuel cells with increased performance and reduced cost. This paper presents an in-depth review and critical analysis of recent developments and future outlook on the design of advanced electrode structures.
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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) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| 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) | 0,007 | 0,002 |
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 ».