Podrobno

Predicting the impact of ambient temperature on PEM fuel cell cold start-up catalyst degradation with a multi-domain and multi-scale modeling framework
ID Rašić, Davor (Avtor), ID Kravos, Andraž (Avtor), ID Katrašnik, Tomaž (Avtor)

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (25,47 MB)
MD5: F6080782B8D6FAA1BFD592A621C84480
URLURL - Izvorni URL, za dostop obiščite https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890426002232 Povezava se odpre v novem oknu

Izvleček
Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) face durability challenges during cold start-up, particularly at sub-freezing ambient temperatures. This study introduces a multi-domain and multi-scale modeling framework to predict PEMFC cold start-up behavior and degradation at various ambient temperatures. The framework couples a detailed system-level electrochemical model with a mechanistic catalyst degradation model that resolves platinum dissolution and carbon support corrosion in space and time. Validated against Toyota Mirai data from −18 °C to 35 °C, simulations show ice-induced heterogeneities causing severe local hydrogen starvation and high electrode potentials, leading to catalyst electrochemical surface area (ECSA) degradation rates with peak instantaneous values of about two orders of magnitude higher than in warm start-ups. When integrated over the first 200 s, the per-start cumulative ECSA loss at sub-zero temperatures is approximately 100 times higher than for warm start-ups and is consistent with recent stack and short-stack cold-start ECSA degradation diagnostics. By resolving the spatio-temporal distribution of reactions and degradation hotspots within the cell, the model clarifies why colder start-ups accelerate catalyst degradation and underscores the importance of ambient temperature and control strategy in predicting fuel cell catalyst longevity. The framework, therefore, enables predictive diagnostics of cold-start performance and provides a virtual testbed for mitigation and start-up protocol optimization, supporting improved PEMFC durability under realistic operating environments.

Jezik:Angleški jezik
Ključne besede:PEMFC modeling, start-up degradation, multiphysics simulation, PEMFC cold start, Cold-start PEMFC durability, PEMFC degradation modeling
Vrsta gradiva:Članek v reviji
Tipologija:1.01 - Izvirni znanstveni članek
Organizacija:FS - Fakulteta za strojništvo
Status publikacije:Objavljeno
Različica publikacije:Objavljena publikacija
Leto izida:2026
Št. strani:37 str.
Številčenje:Vol. 354, art. 121254
PID:20.500.12556/RUL-179996 Povezava se odpre v novem oknu
UDK:621.352.6:004.94
ISSN pri članku:0196-8904
DOI:10.1016/j.enconman.2026.121254 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:269953795 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:27.02.2026
Število ogledov:321
Število prenosov:168
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Gradivo je del revije

Naslov:Energy conversion and management
Skrajšan naslov:Energy convers. manage.
Založnik:Elsevier
ISSN:0196-8904
COBISS.SI-ID:2618919 Povezava se odpre v novem oknu

Licence

Licenca:CC BY-NC 4.0, Creative Commons Priznanje avtorstva-Nekomercialno 4.0 Mednarodna
Povezava:http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/deed.sl
Opis:Licenca Creative Commons, ki prepoveduje komercialno uporabo, vendar uporabniki ne rabijo upravljati materialnih avtorskih pravic na izpeljanih delih z enako licenco.

Sekundarni jezik

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:PEMFC modeliranje, degradacija ob zagonu, večfizikalna simulacija, PEMFC hladen zagon, vzdržljivost PEMFC ob hladnih zagonih, PEMFC modeliranje degradacije

Projekti

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:P2-0401
Naslov:Energetsko strojništvo

Financer:EC - European Commission
Program financ.:HE
Številka projekta:101111904
Naslov:reliable durable high power hydrogen fueled PEM Fuel Cell stack
Akronim:RealHyFC

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:PR-13066-6
Naslov:Razvoj odpornega kemijskega shranjevanja energije z vodikom in baterijami
Akronim:HyBReED

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj