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Multiscale imaging and transport modeling for fuel cell electrodes

机译：燃料电池电极的多尺度成像和传输建模

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摘要

Transport properties, performance, and durability of a proton exchange fuel cell (PEMFC) highly depend on microstructure and spatial distribution of components in the gas diffusion layer (GDL), microporous layer (MPL), and catalyst layers (CLs) of the fuel cell. Modeling of transport properties and understanding of these effects are challenging due to limited understanding of actual three-dimensional (3D) structure of the components, especially over a wide range of length scales. In this work, 3D imaging on multiple scales, namely electron tomography on a nanoscale, focused ion beam-scanning electron microscopy on a microscale, and 3D X-ray microscopy on a macroscale, was applied to obtain 3D reconstructions of the actual CL, MPL, and GDL microstructure. Direct numerical simulations on 3D data sets with an upscaling approach were applied to demonstrate the capability to simulate overall electrical conductivity of the system. Details of the process, challenges, and results are described.
机译：质子交换燃料电池（PEMFC）的传输特性，性能和耐用性在很大程度上取决于燃料电池的气体扩散层（GDL），微孔层（MPL）和催化剂层（CLs）中组分的微观结构和空间分布。由于对组件的实际三维（3D）结构的了解有限，尤其是在很长的长度范围内，传输特性的建模和对这些影响的理解都是具有挑战性的。在这项工作中，应用了多个尺度的3D成像，即纳米尺度的电子断层扫描，微观尺度的聚焦离子束扫描电子显微镜和宏观尺度的3D X射线显微镜，以获得实际CL，MPL的3D重建。和GDL微观结构。使用升级方法对3D数据集进行直接数值模拟，以演示模拟系统整体电导率的能力。描述了过程，挑战和结果的详细信息。

著录项

  • 来源
    《Journal of Materials Research》 |2019年第4期|579-591|共13页
  • 作者

    Jankovic Jasna; Zhang Shawn; Putz Andreas; Saha Madhu S.; Susac Darija;

  • 作者单位

    Univ Connecticut, Mat Sci & Engn Dept, Storrs, CT 06269 USA|Automot Fuel Cell Cooperat Corp, Res & Dev Dept, Burnaby, BC V5J 3J8, Canada;

    DigiM Solut LLC, Res & Dev Dept, Burlington, MA 01803 USA;

    MistyWest, Res & Dev Dept, Vancouver, BC V5T2R5, Canada;

    Univ Connecticut, Mat Sci & Engn Dept, Storrs, CT 06269 USA;

    Univ Connecticut, Mat Sci & Engn Dept, Storrs, CT 06269 USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    microstructure; simulation; transmission electron microscopy (TEM);

    机译：显微组织;模拟;透射电镜（TEM）;

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