Characterizing PEM fuel cell catalyst layer properties from high resolution three-dimensional digital images, Part II: Oxygen effective diffusion and proton effective conductivity tensors

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作者
NULL AUTHOR_ID,Joël Pauchet,NULL AUTHOR_ID,NULL AUTHOR_ID
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:79: 394-410 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.07.010
摘要

The oxygen effective diffusion and proton effective conductivity tensors of a cathode catalyst layer (CCL) are computed using a two-scale approach on CCL microstructure three-dimensional images obtained by focused ion beam-scanning electron microscopy (FIB-SEM) after reconstruction of the ionomer distribution. The results show that the obtained tensors are not isotropic. It is also found that some off-diagonal components are not negligible in the case of the proton effective conductivity tensor. The simulations confirm that Knudsen diffusion has a significant impact on oxygen diffusion. The results are comparable to those obtained in previous works on synthetic images as regards the oxygen effective diffusion through-plane component but differ as regards the proton conductivity through-plane component. Contrary to previous works using synthetic images which tend to underestimate the proton conductivity, they are globally in better agreement with experimental data. The results also show that the effective proton conductivity is heterogeneous at the scale of the computational domains typically considered in several previous works due to the variability in the ionomer distribution at this scale. The impact of liquid water in the primary pores on the proton transport is explored and found to have a significant impact.
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