Micro-Scale Analysis of Liquid Water Breakthrough inside Gas Diffusion Layer for PEMFC Using X-ray Computed Tomography and Lattice Boltzmann Method
Source abstract
Abstract
The main objective of this work is to predict the breakthrough pressure of liquid water transport through the gas diffusion layer (GDL) and/or micro porous layer (MPL) used in polymer electrolyte membrane fuel cells. The integration of structural GDL and MPL with Lattice Boltzmann Method is primary focused. The numerical predictions are also compared with experimental data. The interaction between liquid phase and different surface treatments of solid structures controls the evolution of liquid water and the change of capillary pressure. The geometries of GDLs and MPLs were obtained by three dimensional reconstructed micro-structure images from both nanometer and micrometer-scaled high spatial resolution X-ray computed tomography (CT). The predictions of water breakthrough pressure agree with the data observed in the experiment. They also reveal that the breakthrough pressure and liquid water evolution inside the GDL samples are different when the wetting properties of GDL and/or MPL are changed. The detailed microporous property can be obtained using high spatial resolution image from nanometer-scaled X-ray CT, a.k.a. Nano X-ray CT. Meanwhile, images from micrometer-scaled X-ray CT, a.k.a. Micro X-ray CT, give proper field of view to cover complete vision of porous materials, including cracks in the MPL.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Fuel Cells and Related Materials · Lattice Boltzmann Simulation Studies · Nanopore and Nanochannel Transport Studies
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
References (80)
Show source-provided references
1. 10.1021/cr020718s10.1021/cr020718s ↗
2. 10.1080/0145763080192224610.1080/01457630801922246 ↗
3. 10.1149/1.164103310.1149/1.1641033 ↗
4. 10.1016/j.jpowsour.2005.05.08610.1016/j.jpowsour.2005.05.086 ↗
5. 10.1016/j.jpowsour.2008.07.09310.1016/j.jpowsour.2008.07.093 ↗
6. 10.1016/j.jpowsour.2009.02.05010.1016/j.jpowsour.2009.02.050 ↗
7. 10.1016/j.elecom.2008.08.00810.1016/j.elecom.2008.08.008 ↗
8. 10.1016/j.jpowsour.2006.03.02710.1016/j.jpowsour.2006.03.027 ↗
9. 10.1016/j.jpowsour.2008.12.02310.1016/j.jpowsour.2008.12.023 ↗
10. 10.1016/j.pecs.2012.07.00210.1016/j.pecs.2012.07.002 ↗
11. 10.1016/j.electacta.2008.07.03410.1016/j.electacta.2008.07.034 ↗
12. 10.4208/cicp.341011.310112s10.4208/cicp.341011.310112s ↗
13. 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.01.00210.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.01.002 ↗
14. 10.1016/S0017-9310(03)00305-310.1016/S0017-9310(03)00305-3 ↗
15. 10.1149/1.164614810.1149/1.1646148 ↗
16. 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.02.07310.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.02.073 ↗
17. 10.1007/s10853-012-6968-z10.1007/s10853-012-6968-z ↗
18. 10.1016/j.jpowsour.2007.10.06610.1016/j.jpowsour.2007.10.066 ↗
19. 10.1016/j.jpowsour.2008.12.13510.1016/j.jpowsour.2008.12.135 ↗
20. 10.1063/1.273144010.1063/1.2731440 ↗
21. 10.1063/1.294666410.1063/1.2946664 ↗
22. 10.1063/1.290748510.1063/1.2907485 ↗
23. 10.1016/j.jpowsour.2015.07.03410.1016/j.jpowsour.2015.07.034 ↗
24. 10.1149/2.005209jes10.1149/2.005209jes ↗
25. 10.1149/2.024211jes10.1149/2.024211jes ↗
26. 10.1016/j.ijhydene.2010.01.01210.1016/j.ijhydene.2010.01.012 ↗
27. 10.1016/j.jpowsour.2012.06.09910.1016/j.jpowsour.2012.06.099 ↗
28. 10.1016/j.electacta.2016.11.09510.1016/j.electacta.2016.11.095 ↗
29. 10.1016/j.ijhydene.2016.08.17910.1016/j.ijhydene.2016.08.179 ↗
30. 10.1016/j.jpowsour.2015.12.01610.1016/j.jpowsour.2015.12.016 ↗
31. 10.1016/j.jpowsour.2016.07.00210.1016/j.jpowsour.2016.07.002 ↗
32. 10.1021/acs.jpcc.6b1065810.1021/acs.jpcc.6b10658 ↗
33. 10.1016/j.jpowsour.2016.08.02010.1016/j.jpowsour.2016.08.020 ↗
34. 10.1016/j.electacta.2017.01.03010.1016/j.electacta.2017.01.030 ↗
35. 10.1016/j.jpowsour.2014.05.00410.1016/j.jpowsour.2014.05.004 ↗
36. 10.1149/1.359655610.1149/1.3596556 ↗
37. 10.1016/j.jpowsour.2013.12.06210.1016/j.jpowsour.2013.12.062 ↗
38. 10.1016/j.electacta.2008.11.00810.1016/j.electacta.2008.11.008 ↗
39. 10.1016/j.jpowsour.2006.01.09910.1016/j.jpowsour.2006.01.099 ↗
40. 10.1016/j.ijhydene.2006.11.03210.1016/j.ijhydene.2006.11.032 ↗
41. 10.1016/j.ijhydene.2007.11.01510.1016/j.ijhydene.2007.11.015 ↗
42. 10.1016/j.ijhydene.2011.06.14610.1016/j.ijhydene.2011.06.146 ↗
43. 10.1016/j.jpowsour.2007.02.00410.1016/j.jpowsour.2007.02.004 ↗
44. 10.1016/j.electacta.2007.04.11510.1016/j.electacta.2007.04.115 ↗
45. 10.1016/j.jpowsour.2006.09.03810.1016/j.jpowsour.2006.09.038 ↗
46. 10.1016/j.ijhydene.2011.06.14610.1016/j.ijhydene.2011.06.146 ↗
47. 10.1149/2.015408jes10.1149/2.015408jes ↗
48. 10.1016/j.electacta.2015.06.08110.1016/j.electacta.2015.06.081 ↗
49. 10.1016/j.electacta.2016.11.09510.1016/j.electacta.2016.11.095 ↗
50. 10.1016/S0017-9310(01)00322-210.1016/S0017-9310(01)00322-2 ↗
51. 10.1016/S0378-7753(03)00093-410.1016/S0378-7753(03)00093-4 ↗
52. 10.1016/j.jpowsour.2004.12.03910.1016/j.jpowsour.2004.12.039 ↗
53. 10.1149/1.164614810.1149/1.1646148 ↗
54. 10.1016/j.electacta.2007.07.03210.1016/j.electacta.2007.07.032 ↗
55. 10.1016/j.jpowsour.2007.06.02910.1016/j.jpowsour.2007.06.029 ↗
56. 10.1016/j.jpowsour.2008.01.08910.1016/j.jpowsour.2008.01.089 ↗
57. 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.02.02410.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.02.024 ↗
58. 10.1115/1.400562610.1115/1.4005626 ↗
59. 10.1016/j.ijhydene.2013.03.14210.1016/j.ijhydene.2013.03.142 ↗
60. 10.1016/j.jpowsour.2005.03.20710.1016/j.jpowsour.2005.03.207 ↗
61. 10.1149/2.1461607jes10.1149/2.1461607jes ↗
62. Dullien FAL. , Porous Media: fluid transport and pore structure, New York: Academic Press; 1992.10.1016/B978-0-12-223651-8.50007-9 ↗
63. Sinha · J. of Power Sources · 2007 · 154 · 95
64. 10.1016/j.jpowsour.2007.04.05910.1016/j.jpowsour.2007.04.059 ↗
65. 10.1016/j.electacta.2008.08.06810.1016/j.electacta.2008.08.068 ↗
66. 10.1016/j.jpowsour.2007.06.05310.1016/j.jpowsour.2007.06.053 ↗
67. 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.06.03510.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.06.035 ↗
68. 10.1002/fuce.20150021310.1002/fuce.201500213 ↗
69. 10.1016/j.jpowsour.2007.04.05910.1016/j.jpowsour.2007.04.059 ↗
70. 10.1016/j.jpowsour.2015.07.03410.1016/j.jpowsour.2015.07.034 ↗
71. 10.1103/PhysRevLett.56.150510.1103/PhysRevLett.56.1505 ↗
72. 10.1103/PhysRevLett.61.233210.1103/PhysRevLett.61.2332 ↗
73. 10.1146/annurev.fluid.30.1.32910.1146/annurev.fluid.30.1.329 ↗
74. 10.1142/S012918310701088710.1142/S0129183107010887 ↗
75. d'Humieres · 2002 · 360 · 437
76. Holman DM. Brionnaud R. Abiza Z. , Proceeding in the European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS), Vienna, Austria, 2012.
77. 10.1007/s10955-011-0208-910.1007/s10955-011-0208-9 ↗
78. 10.1063/1.491983510.1063/1.4919835 ↗
79. 10.1149/2.0681613jes10.1149/2.0681613jes ↗
80. Shimpalee S. Sajaritanan P. Weidner J. W. Hirano S. Lu Z. Ogawa S. Litster S. , Abstract # 2387, the 230th Electrochemical Society Meeting, Honolulu, HI. 2016.10.1149/MA2016-02/38/2387 ↗