Biomimetic auxiliary channels enhance oxygen delivery and water removal in polymer electrolyte membrane fuel cells
Notice bibliographique
Résumé
In this work, we present a novel laser-cut biomimetic flow field for polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells that provides substantial electrochemical performance and liquid water management improvements due to auxiliary channels which offer additional pathways for reactant delivery and product removal. In particular, these auxiliary channels exploit Forchheimer's inertial effect, driving reactants to the catalyst layer (CL) – gas diffusion layer (GDL) interface, thereby reducing the oxygen transport resistance by 91 % and increasing the power density by 29 % compared to the baseline. The auxiliary channels drastically enhance water removal at the CL-GDL interface (observed via operando X-ray radiography) and enable high current density operation critical for heavy-duty operation. Laser-cutting also produces a 79 % reduction in GDL water saturation at high current densities compared to conventionally milled flow fields due to the trapezoidal configuration and hydrophilic channel walls of the laser cut flow field. Where most flow field designs targeted for enhanced water removal suffer from high pressure drops, our novel flow field is particularly attractive for realizing both enhanced reactant delivery and water management concurrently with an unprecedented reduction in pressure drop of 33 % compared to parallel channel flow fields. Furthermore, from a manufacturing perspective, the simplicity and elegance of this design is highly attractive for reducing the cost of next generation fuel cells. • A PEM fuel cell exhibited 54 % less oxygen transport resistance with biomimetic auxiliary channels added to the flow fields. • Operando radiography revealed auxiliary channels enhance water removal and reactant delivery at the CL – GDL interface. • Adding auxiliary channels led to a 29.1 % higher peak power density due to lower oxygen transport resistances. • Biomimetic flow fields reduce pressure drop by 32.8 % and enhance Forchheimer's effect between the flow field and GDL. • Laser-cut parallel flow fields reduce GDL water saturation by 79 % compared to conventionally milled flow fields.
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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 | 0,000 | 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 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 ».