Operando Three-Electrode Analysis of Nafion-Based Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolyzers – Thermodynamic Relations
Notice bibliographique
Résumé
Polymer electrolyte membrane water electrolyzers (PEMWEs) offer clean hydrogen production when coupled to renewables, requiring minimal overvoltages for efficient operation. This study adapts and improves upon a three-electrode configuration utilized in fuel cell and electrolyzer technologies for comprehensive in operando thermodynamic analyses of PEMWE operation by accounting for the impact of catalyst layer dimensions and alignment. Catalyst-coated membrane Nafion N117-based cells with precise dimensions were developed, with design tolerances determined using finite-element simulations and verified by microscopic imaging. An external membrane strip connected to a Ag/AgCl reference electrode in acid solution enabled three-electrode electrochemical analyses of model platinum on Vulcan carbon and IrO 2 catalysts in PEMWEs with minimal artifacts. This design enabled thermodynamic analysis and indicated cathodic and anodic contributions to the cell voltage. Under 1 atm hydrogen, liquid-fed conditions, the cathode exhibited non-negligible voltage contributions attributed to hydrogen transport processes, while charge transport in the anode accounted for ca. 15% of the series resistance. Above 1 A cm –2, the cathode became the main polarization resistance while the anode exhibited a low frequency inductive response. This work provides critical insights into PEMWE operation and methods for in operando analyses.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
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.
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 tête enseignante, 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 ».