Overcoming the Conductance versus Crossover Trade-off in State-of-the-Art Proton Exchange Fuel-Cell Membranes by Incorporating Atomically Thin Chemical Vapor Deposition Graphene
Notice bibliographique
Résumé
High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Permeance–selectivity trade-offs are inherent to polymeric membranes. In fuel cells, thinner proton exchange membranes (PEMs) could enable higher proton conductance and increased power density with lower area-specific resistance (ASR), smaller ohmic losses, and lower ionomer cost. However, reducing thickness is accompanied by an increase in undesired species crossover harming performance and long-term efficiency. Here, we show that incorporating atomically thin monolayer graphene synthesized via scalable chemical vapor deposition (CVD) and tunable defect density into PEMs (Nafion, ∼5–25 μm thick) can allow for reduced H 2 crossover (∼34–78% of Nafion of a similar thickness) while maintaining adequate areal proton conductance for applications (>4 S cm –2 ). In contrast to most prior work using >50 μm symmetric Nafion sandwich structures, we elucidate the interplay of graphene defect density and Nafion proton transport resistance on the performance of Nafion|graphene composite membranes and find high-quality low-defect density CVD graphene (G) supported on Nafion 211 (∼25 μm); i.e., N211|G has a high areal proton conductance (∼6.1 S cm –2 ) and the lowest H 2 crossover (∼0.7 mA cm –2 ). Fully functional centimeter-scale N211|G fuel-cell membranes demonstrate performance comparable to that of state-of-the-art Nafion N211 at room temperature as well as standard operating conditions (∼80 °C, ∼150–250 kPa-abs) with H 2 /air (power density ∼0.57–0.63 W cm –2 ) and H 2 /O 2 feed (power density ∼1.4–1.62 W cm –2 ) and markedly reduced H 2 crossover (∼53–57%).
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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 | 0,000 | 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 | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 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 ».