Let’s not forget isotope effect when replacing H2O with D2O for operando neutron studies – Kinetics and transport considerations in PEM water electrolyzer
Notice bibliographique
Résumé
Operando neutron imaging techniques are at the forefront of advanced characterization strategies to investigate core phenomena in electrochemical energy devices such as proton exchange membrane water electrolyzers (PEMWEs). The replacement of H 2 O with D 2 O is a practical approach to minimizing attenuation and incoherent scattering effects during neutron imaging, though its impact on the PEMWE performance has not been well-studied. Herein, we comprehensively analyzed PEMWE cells fed with five D 2 O/H 2 O mixtures using electrochemical methods and operando neutron imaging. While the PEMWE characterization highlighted an overpotential of around 190 mV at 1 A cm -2 in the case of using D 2 O instead of H 2 O, the kinetic and ion conductivity differences of these isotopes were confirmed by separate electrochemical studies. Moreover, the water profile inside the PEMWE cell was calculated for the studied D 2 O/H 2 O concentrations, further supporting the results obtained by the electrochemical tests. The neutron data showed a more than two times faster H 2 O permeation compared to D 2 O at 1500 mA cm -2 in PEMWE cells, which perfectly aligned with faster ionic conduction and higher OER performance of H 2 O-fed cells. Also, more stationary D 2 O molecules in the membrane area, even at higher currents, were detected, explaining the lower diffusion of D 2 O through the membrane and the higher electrochemical stability of the D 2 O-fed PEMWE cell. These results were translated to the higher kinetic energy demanded for D 2 O bond breakdown and reduced electro-osmotic drag for D 2 O due to its stronger bond to the membrane and higher viscosity. • The kinetic and transport properties of H 2 O and D 2 O in a PEM water electrolyzer were investigated using electrochemical and operando neutron radiography methods. • Fully-H 2 O operated PEMWE cells showed 190 mV less overpotential at 1 A cm -2 , and four times higher ionic conductivity in the membrane than their D 2 O counterpart. • Faster OER kinetics of the IrO x catalyst in the H 2 O-based electrolyte were measured, while more chemically stable OER activity was associated with the D 2 O-based electrolyte. • More water permeation through the membrane in H 2 O-fed PEMWE cells and more stagnant water inside the membrane in D 2 O-fed PEMWE cells were observed by neutron radiography. • Dynamic phenomenon studies in neutron radiography, e.g. replacing H 2 O with D 2 O, must take the isotope effect into account.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
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) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| 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) | 0,002 | 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 ».