Una guía para la concentración Análisis de respuesta de frecuencia alterna de células de combustible

Resumen

Presentamos un protocolo para el análisis de respuesta de frecuencia alterna de concentración de pilas de combustible, un nuevo método prometedor para estudiar la dinámica de las pilas de combustible.

Resumen

Se utilizó una configuración experimental capaz de generar una perturbación periódica de entrada de concentración de oxígeno para realizar análisis de respuesta de frecuencia (cFRA) de concentración alterna en células de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM). Durante los experimentos cFRA, la alimentación de concentración modulada fue enviada al cátodo de la célula a diferentes frecuencias. La respuesta eléctrica, que puede ser potencial celular o corriente dependiendo del control aplicado en la célula, se registró con el fin de formular una función de transferencia de respuesta de frecuencia. A diferencia de la espectroscopia de impedancia electroquímica tradicional (EIS), la novedosa metodología cFRA permite separar la contribución de diferentes fenómenos de transporte masivo de los procesos de transferencia de carga cinética en los espectros de respuesta de frecuencia de la celda. Además, cFRA es capaz de diferenciar entre diferentes estados de humidificación del cátodo. En este protocolo, el foco está en la descripción detallada del procedimiento para realizar experimentos cFRA. Se discuten los pasos más críticos de las mediciones y futuras mejoras en la técnica.

Introducción

Caracterizar el comportamiento dinámico de una pila de combustible PEM es importante para entender qué mecanismos dominan los estados operativos transitorios reduciendo el rendimiento de la célula. La espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) es la metodología más utilizada para estudiar la dinámica de las pilas de combustible PEM, debido a su capacidad para separar diferentes contribuciones de proceso al rendimiento dinámico general^1,2. Sin embargo, los procesos transitorios con constantes de tiempo similares a menudo se acoplan en los espectros EIS, lo que dificulta su interpretación. Por esta razón,....

Protocolo

1. Preparación de materiales

1. Cortar y perforar dos piezas rectangulares de teflón del mismo tamaño que las placas finales mediante el uso de una prensa de corte; cuidar y asegurarse de que los agujeros están en la posición exacta donde se deben colocar los pernos.
2. Usando el mismo procedimiento cortar juntas de teflón teniendo en cuenta las dimensiones exteriores e interiores del campo de flujo, y la posición de los agujeros donde se deben colocar los tornillos.
3. Corte las capas de difusión de gas utilizando un marco metálico que se ajuste al tamaño de las juntas.
4. Corte el exceso de Nafion de la membrana recubierta de catalizador ....

Resultados

El análisis preliminar de la dinámica de las pilas de combustible basado en espectros EIS se muestra en la Figura 2. Los espectros de magnitud EIS(Figura 2A)y bode de fase(Figura 2B)se miden en tres densidades de corriente de estado estacionario diferentes bajo control galvanostático. Como era de esperar, se observan todos los procesos transitorios principales: la ca.......

Discusión

A diferencia de la EIS clásica, cFRA es una herramienta de diagnóstico enfocada en la caracterización de dinámicas relacionadas con los diferentes fenómenos de transporte masivo que ocurren en la pila de combustible. No es capaz de detectar ningún transitorio que tenga una constante de tiempo por debajo de la difusión de oxígeno en el electrodo, como por ejemplo la carga / descarga de la doble capa⁶. Por lo tanto, a diferencia de EIS donde se acoplan varios fenómenos, cFRA puede ayudar a identific.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Conjunto de electrodo de membrana N115 25,8 cm2	QuinTech	EC-NM-115	cátodo/ánodo loding: 1mg Pt/cm2
Potenciostat	Metrhohm	PGSTAT302N
Booster	Metrohm	BOOSTER20A
Sensor de oxígeno de fibra retráctil	Pyro Science	OXR430-UHS Medidor de
punto de rocío y temperatura	VAISALA	DMT340
Software sistema de control de procesos	Siemens	Simatic PCS 7
Software MATLAB2012a	Mathworks
Hidrógeno	Linde	Hidrógeno 6.0
Nitrógeno	Linde	Nitrógeno 5.0
Oxígeno	Linde	Oxígeno 5.0