High protonic resistance of hydrocarbon-based cathodes in PEM fuel cells under low humidity conditions: Origin, implication, and mitigation
Notice bibliographique
Résumé
Hydrocarbon-based electrodes for proton-exchange membrane fuel cells face challenges in closing the performance gap with electrodes based on perfluorosulfonic acid ionomers, particularly under low humidity conditions. Alongside increased oxygen transport resistance and higher kinetic-induced overpotentials, the protonic resistance of these fluorine-free electrodes is the primary hurdle to improved performance. This study systematically investigates the origin and impact of the cathode protonic resistance on fuel cell performance, utilizing sulfonated phenylated polyphenylenes as hydrocarbon ionomers. Electrochemical characterization at low relative humidity (≤50 %) reveal a high protonic resistance arising from both lower conductivity of the hydrocarbon thin film compared to the bulk membrane and increased cathode tortuosity at a gas transport-optimized ionomer to carbon (I/C) ratio of 0.2. The poor protonic resistance at low relative humidities leads to a non-homogeneous current distribution across the thickness of the cathode electrode, resulting in lower catalyst utilization. To address this issue, reducing the thickness of the cathode CL while maintaining a constant Pt loading (i.e., increasing the Pt on carbon ratio) significantly reduces protonic resistance. This improvement compensates for the kinetic disadvantages of highly loaded carbon particles and results in a considerable performance increase by 40 % at 0.75 V under low relative humidities. • First thin film (22 nm) measurements on sulfonated phenylated polyphenylenes. • Evidence on HC ionomer distribution in the CL: Tortuosity, possible pore intrusion. • Barely any catalyst contribution near the GDL to ORR due to protonic resistance. • Thin CLs as remediation: 40 % increase in current density at 0.75 V and 50 % RH.
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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 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| 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 ».