Effects of Repetitive Freeze-Thaw Thermal Cycles on the In-Plane Effective Thermal Conductivity of a Gas Diffusion Layer in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells

热导率 复合材料 材料科学 分层(地质) 电解质 热传导 微型多孔材料 胶粘剂 图层(电子) 化学 电极 俯冲 构造学 生物 物理化学 古生物学
作者
Y. Chen,Jinghui Zhao,Shupeng Tai,D. Li,C. Cho,Z. Wang
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:168 (6): 064522-064522 被引量:10
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ac0c35
摘要

As the fundamental components of polymer electrolyte membrane fuel cells, the thermal properties of gas diffusion layers (GDLs) play a significant role in influencing their overall heat conduction and management. We have experimentally characterized the temperature dependence of the in-plane thermal conductivity of a commercial carbon paper GDL, including the progressively in-plane thermal degradation of GDLs through a series of repetitive freeze-thaw thermal aging cycles. Even though the thermal properties of carbon fibers are crucial for the thermal performance determination of GDLs, the temperature-dependent in-plane thermal conductivity of pristine GDLs depends mainly on the thermal characteristics of the binder that connects carbon fibers and the polytetrafluoroethylene (PTFE) coated on the microporous layer. The microstructural failure of aged GDLs (breakage of carbon fibers, delamination, adhesive failure of binder, and PTFE cracks) caused by the freeze-thaw thermal aging treatment dominantly affects the in-plane effective thermal degradation at different thermal aging phases. Overall, the breakage of carbon fibers positively contributes, and delamination, adhesive failure of binder, and PTFE cacks negatively contribute to the in-plane effective thermal conductivity of GDLs. In particular, the in-plane thermal conductivity of aged GDLs through 300 cycles reaches a peak.

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