دليل للتركيز بالتناوب تحليل استجابه التردد من خلايا الوقود

خلايا الوقود ستلعب دوراً رئيسياً في المستقبل يصف بروتوكولنا طريقة جديدة لتشخيص حالات الفشل الرئيسية لهذه الأجهزة مثل التدهور أو الفيضانات أو التسمم. على عكس التقنيات الأخرى مثل التحليل الطيفي لمواواقه القوى الكهروكيميائية، يمكن استخدام هذه المنهجية للفصل بين تأثير ديناميات محددة على أداء خلايا الوقود البوليمرية مما يسهل تحديد خطأ أقل غموضا.

سيتم إثبات الإجراء من قبل توبياس فرانز، وهو طالب ماجستير من مختبري. لتجميع خلايا الوقود، ضع لوحة القطبين الكاثود على سطح سلس وقوي مع جانب حقل التدفق حتى ووضع طوقا على رأس لوحة الانحياز مع ثقوب المسمار. ضع طبقة انتشار غاز الكاثود في وسط طوقا وأضف أعلى الغشاء المغلف بالمحفز مع ثقوب المسمار.

ضع طبقة انتشار غاز الأنود والحشاء على قمة الغشاء المغلف بالمحفز مع التأكد من محاذاة طوقا مع ثقوب المسمار. وضع القطبين القطبين تدفق لوحة الجانب أسفل على رأس طوقا وإصلاح أجزاء جنبا إلى جنب مع مسامير. المقبل، وضع لوحة نهاية الفولاذ المقاوم للصدأ الكاثود على سطح أملس وقوي ووضع قطعة مستطيلة من تفلون وجامع النحاس الحالية على رأس تفلون محاذاة كل قطعة مع ثقوب الترباس.

فتحة الجانب الكاثود من وحدة الخلية المجمعة على جامع الحالي الكاثود مع الأخذ في الاعتبار الشقوق في حقول التدفق. فتحة الجانب الأنود من وحدة على جامع الأنود الحالي مع حشيات تفلون المتمركزة مع لوحة نهاية الفولاذ المقاوم للصدأ الأنود على القمة. ضع الأكمام العازلة ، O - ring ، والبراغي في ثقوب لوحة نهاية الأنود ، قم بتشغيل الخلية عموديًا ، ووضع الأكمام العازلة ، O-ring ، والمكسرات على البراغي على جانب الكاثود من الوحدة.

ثم استخدم وجع عزم الدوران لتشدّد البراغي نحو اتجاهين حتى يتم الوصول إلى قيمة عزم الدوران الموصى بها بخمسة أمتار نيوتن، مما يزيد من عزم الدوران بمقدار متر نيوتن واحد لكل دورة عبرية. من أجل دمج خلية الوقود مع المحيط، ضع وحدة خلايا الوقود في صندوق تدفئة، ثم قم بتوصيل المداخل ومنافذ البيع بالأطراف. أدخل الثيرموكوبل في لوحة نهاية الكاثود واتّاج خلية الوقود مع التقوية الكهربائية لتكوين الأقطاب الكهربائية.

بدء تشغيل البرنامج المستخدم للتحكم في محيط الخلية وتحديد قيم معدلات تدفق الغاز مدخل القطب والمهبط. حدد درجة حرارة الغازات مدخل. قم بتشغيل أشرطة التدفئة وانتظر حتى يتم الوصول إلى درجة حرارة نقطة setpoint.

تعيين درجات الحرارة من الحرارة لتحديد درجة حرارة نقطة الندى المطلوبة من الغازات مدخل وتشغيل الحرارة. تعيين درجة الحرارة المختارة من خلية الوقود على لوحة التحكم في مربع التدفئة وتشغيل التدفئة. عند الوصول إلى درجة حرارة نقطة setpoint لخلية الوقود، تحقق من حالة الترطيب للغازات المدخلية وتحقق من إمكانات خلية الوقود المفتوحة لخلية الدائرة.

لتنفيذ تجربة استجابة تردد بالتناوب التركيز، ادفع لأسفل بلطف على المكبس من الجزء العلوي من جهاز استشعار الأكسجين الألياف لفضح الجزء الحساس من الألياف. ثم ضع الألياف في مركز الأنبوب في مدخل الخلية. افتح برنامج الاستشعار و اضبط الفاصل الزمني لأخذ العينات إلى 0.15 ثانية من أجل تمكين الكشف عن إشارة دورية تصل إلى فترة هرتز واحد.

فتح برنامج الكيمياء الكهربائية لتحرير التركيز بالتناوب تردد تحليل الاستجابة الإجراء وفي الباب العمل حدد إجراء جديد. في الأوامر، حدد رمز التحكم وقم بإدراج الرمز في مساحة العمل. في الخصائص، حدد الوضع على galvanostatic و الخلية على الأمر وضع الأمر إلى جانب رمز عنصر التحكم.

إضافة الأمر درج فولتممترية الاجتياح الخطية من القياس الدوري وخطي اكتساح voltammetry. في الخصائص، قم بتعيين الحالي البدء إلى 0.0 أمبير و قيمة إيقاف الحالي إلى حالة ثابتة. تعيين معدل المسح الضوئي إلى 0.005 أمبير في الثانية وخطوة إلى 0.1 أمبير.

إدراج أمرين للإشارة المسجلة. في الخصائص، قم بتعيين المدة إلى 7، 200 ثانية ووقت أخذ عينات الفاصل الزمني إلى 0.5 ثانية لكلا الأمرين. لاحظ أن يتم استخدام نافذة التسجيل الأولى لمراقبة كيفية اقتراب إشارة الإخراج من حالة الحالة الثابتة الدورية في حين أن الثاني هو تسجيل إشارة الإخراج الدورية الثابتة التي يتم تحليلها.

إضافة أمر التكرار لتعيين نفس الخطوة إلى تكرار 20 مرة. اضغط على تشغيل لبدء برنامج استجابة التردد بالتناوب التركيز. في المجموعة الأولى من التكرار، لاحظ نافذة التسجيل للتحقق مما إذا كانت الخلية المحتملة تصل إلى قيمة الحالة الثابتة.

لضمان استجابة خطية، افتح صمام الأكسجين الإضافي، ثم قم بتعيين وحدة تحكم التدفق الجماعي إلى 5٪ من قيمة معدل التدفق الإجمالي للأعلاف الرئيسية. تعيين وقت التبديل من صمام إلى قيمة أولية من 0.5 ثانية وانقر فوق ابدأ. ثم انتظر حتى الخلية المحتملة يحقق حالة ثابتة دورية في إطار المراقبة قبل النقر فوق التالي.

أخذ العينات من الإمكانات تحت شبه ثابت حالة حالة ضروريّة أن يحصل [ا-اترك-اترك-سبيكتراّيّة بما أنّ الوجود من ينجرف إشارة استطاعت ا ستنتجت إلى استنتاجات مضلّلة. تسجيل إشارة حالة ثابتة الدوري في نافذة تسجيل جديدة لمدة 60 ثانية وانقر فوق التالي مرة أخرى. في الوقت نفسه، تسجيل مدخلات الأكسجين الدوري وانقر فوق بدء في برنامج الاستشعار.

أدخل اسماً يتذكر إدخال التردد وانقر فوق موافق. ثم سجل إشارة لمدة 60 ثانية وانقر فوق إيقاف. تكرار الخطوات السابقة، وقياس الارتباطات المدخلات/الإخراج الدورية للإشارات مع فترة في نطاق تردد من ثمانية إلى 1،000 microhertz في حين الحصول على ثماني نقاط تردد في العقد الواحد. عند ترددات أقل من 100 ميكروهرتز، عينة الإشارات لمجموعة من الزمن ما يعادل خمس فترات.

لتحليل بيانات استجابة التردد بالتناوب التركيز، افتح البرامج النصية MATLAB FFT_input. حصيرة و FFT_output.mat. في مجلد العنوان، أدخل مواصفات موقع المجلد الذي يتم فيه تخزين ضغط الأكسجين المقاس وملفات البيانات الحالية.

تشغيل FFT_po2. حصيرة FFT_pot. البرامج النصية لـ mat ثم تحقق من الرسومات التخطيطية المرسومة لتحديد ما إذا كانت الخوارزمية المحسوبة تعمل بشكل صحيح.

ثم فتح وتشغيل النصي MATLAB cfra_spectra.mat. سيتم رسم مقدار وزاوية المرحلة وأطياف Nyquist لوظيفة تحليل تحليل استجابة التردد المتناوبة للتركيزات في ظل ظروف جالفانوستاتيك. في هذا التحليل التمثيلي، تم قياس حجم الطيف المُعاقة الكهروكيميائي وأطياف الأراضي ذات الطور الوَرَد لأول مرة في ثلاث كثافات تيار ثابتة مختلفة تحت السيطرة الجالفانوستاتية.

هنا، يمكن ملاحظة مدخلات ضغط الأكسجين الدورية المثالية في ترددين مختلفين وتحويلات Fourier الخاصة بهم. تم تطبيع مقادير التوافقيات فيما يتعلق بالتناغم الأساسي وتميز مدخل الضغط في تردد microhertz 49 بشكل جيبي. يشبه إدخال الضغط في تردد أقل شكل موجة مربعة دورية و تحول فورييه تطبيع ذات الصلة تعكس تماما أن من إشارة موجة مربعة تقديم المكونات التوافقية التنازلي في ترددات عدد صحيح فردي متعددة فيما يتعلق واحدة أساسية.

قدمت الردود المحتملة للخلية ميزات متطابقة. لاحظ أن التحليل الطيفي للمدخلات والمخرجات الذي يتم على عدد غير صحيح من الدورات الدورية يمكن أن يؤدي إلى نتائج مضللة بسبب تأثير التسرب الطيفي. في هذه الحالة، تتميز الإشارة بعرض نطاق ضوضاء أكثر تعبيراً عن تردد أساسي.

بالإضافة إلى ذلك، فإن مقدار حوالي 90٪ من الإشارة المعالجة بشكل صحيح. لتجنب التسرب الطيفي ، يجب تطبيق إجراء وضع النوافذ على أي إشارة يتم تحليلها. هنا، يتم عرض أطياف تحليل استجابة التردد المتناوبة للتركيزات التي تم قياسها تحت ظروف فولتاستاتيكية وgalvanostatic في ظل نفس ظروف الحالة الثابتة كما هو الحال في أطياف أطياف المعاوقة الكهروكيميائية.

وكما لوحظ في منطقة التردد العالي، فإن كلاً من أطياف تحليل استجابة الترددات المترددة الفولطاستية و غالفانوستاتيكية بالتناوب لا تظهر أي حساسية لديناميات الشحن/التفريغ المزدوجة. 20- ولا تُحسّس أطياف الـ cFRA إلا العابرين المتصلين بظواهر النقل الجماعي. لتجنب المساهمات غير المرغوب فيها في الأطياف المقيّم، قم بقياس إمكانات الخلية في ظل ظروف شبه ثابتة وعينة عدد كافٍ من الفترة من أجل زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

لذلك بالإضافة إلى التشخيص، فإن تشغيل خلايا الوقود الكهروكيميائية والمفاعلات في ظل ظروف دورية يدخل إمكانية إضافية للتأثير على كفاءة تحويل الطاقة وكذلك انتقائية المنتج للعمليات الكهروكيميائية.