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Accès ouvert déclaré 2025 article

Inverse design and porous metal printing of GDL-integrated flow field plates for high-temperature hydrogen fuel cells

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Rattachement africain : ch, us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

High-temperature (HT) proton exchange membrane (PEM) fuel cells (FC) offer key advantages for sustainable transportation, especially in heavy-duty applications, due to their improved thermal efficiency and water management. This study introduces an inverse design framework to develop flow field plates integrated with a gas diffusion layer (GDL), enabling scalable electrochemical performance from the unit cell to the plate level. A reduced-order, homogenization-based multiphysics model is developed to evaluate designs with approximately 1000 × faster computation. Flow channel orientation is optimized using a tensor field method and dehomogenized into manufacturable geometries. Optimized designs, validated through high-fidelity 3D simulations, show up to 12% higher average current density and 88% lower pressure drop compared to conventional parallel and mesh configurations. To address fabrication challenges, solid-to-porous metal additive manufacturing is employed, producing monolithic structures that integrate flow channels with a porous metal GDL. Both numerical and physical tests confirm high permeability and improved power output compared to carbon-based GDLs. These findings highlight the effectiveness of combining advanced computational modeling with metal 3D printing to enhance the performance and manufacturability of high-temperature PEMFC, supporting their broader adoption in sustainable energy applications. • Reduced-order multiphysics model offers 1000× speedup. • Flow field plate optimized via orientation-based inverse design. • Optimized plates increase current density and lower flow resistance over benchmarks. • Monolithic plate integrates flow channels and porous GDL via metal AM.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Inverse design and porous metal printing of GDL-integrated flow field plates for high-temperature hydrogen fuel cells
Date Crossref
01/11/2025
Éditeur
Elsevier BV
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Toyota Motor Corporation (Switzerland) pays non établi dans la notice
    Entreprise
  • Toyota Motor North America Research & Development (United States) pays non établi dans la notice
    Entreprise
  • Toyota Research Institute of North America Electronics Research Department pays non établi dans la notice
    Structure de recherche

Toyota Motor Corporation (Switzerland), Toyota Motor North America Research & Development (United States) et Electronics Research Department — Toyota Research Institute of North America.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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