연료 전지의 농도 교대 주파수 응답 분석 가이드

연료 전지는 미래에 중요한 역할을 할 것입니다. 우리의 프로토콜은 저하, 홍수 또는 중독과 같은 이러한 장치의 주요 실패 상태를 진단하기위한 새로운 방법을 설명합니다. 예를 들어 전기화학적 임피던스 분광기와 같은 다른 기술과 달리, 이 방법론은 덜 모호한 결함 식별을 용이하게 하는 폴리머 연료 전지 성능에 대한 특정 역학의 영향을 분리하는 데 사용될 수 있다.

절차는 토비아스 프란츠에 의해 입증될 것입니다, 내 실험실에서 마스터 학생. 연료 전지 조립의 경우 음극성 양극성 플레이트를 유동장 측으로 매끄럽고 튼튼한 표면에 놓고 개스킷을 나사 구멍과 정렬한 플레이트 위에 놓습니다. 개스킷 중앙에 음극 가스 확산 층을 배치하고 나사 구멍에 정렬 된 촉매 코팅 멤브레인 상단을 추가합니다.

양극 가스 확산 층과 개스킷을 촉매 코팅 멤브레인 위에 놓아 개스킷이 나사 구멍과 정렬되도록 합니다. 양극성 플레이트 흐름장 쪽을 개스킷 위에 놓고 나사와 함께 부품을 고정합니다. 다음으로, 음극 스테인리스 스틸 엔드 플레이트를 부드럽고 튼튼한 표면에 놓고 테플론의 직사각형 조각과 두 조각을 볼트 구멍과 정렬하는 테플론 위에 구리 전류 수집기를 놓습니다.

유동 필드의 노치를 고려하여 조립된 셀 유닛의 음극 면을 음극 전류 수집기위에 슬롯. 상단의 양극 스테인레스 스틸 엔드 플레이트가 배치 된 테플론 개스킷을 사용하여 장치의 양극 면을 양극 전류 수집기위에 슬롯. 절연 슬리브, O-링 및 볼트를 양극 끝 플레이트 구멍에 놓고 셀을 수직으로 돌리고 절연 슬리브, O 링 및 너트를 장치의 음극 측의 볼트에 놓습니다.

그런 다음 토크 렌치를 사용하여 5 뉴턴 미터의 권장 토크 값에 도달 할 때까지 볼트를 가로 방향으로 조이면 크로스 사이클당 1 뉴턴 미터로 토크를 증가시다. 연료 전지를 주변과 통합하려면 연료 전지 장치를 가열 상자에 배치하고 입구와 콘센트를 주변부에 연결합니다. 음극 최종 플레이트에 열전대를 삽입하고 전극 구성에 전위오스타트와 연료 전지를 인터페이스합니다.

세포 주변을 제어하는 데 사용되는 소프트웨어를 시작하고 양극 및 음극 유입가스 유량의 값을 선택합니다. 입구 가스의 온도를 선택합니다. 가열 테이프를 켜고 설정점 온도에 도달 할 때까지 기다립니다.

온도 조절기의 온도를 설정하여 입구 가스의 원하는 이슬점 온도를 정의하고 온도 조절기를 켭니다. 가열 상자의 제어판에 연료 전지의 선택한 온도를 설정하고 가열을 켭니다. 연료 전지의 설정점 온도에 도달하면 인렛 가스의 가습 상태를 확인하고 연료 전지 개방 회로 전지 전위를 확인하십시오.

농도 교대 주파수 응답 실험을 수행하려면 섬유 산소 센서의 상부 플런저에서 부드럽게 아래로 밀어 섬유의 민감한 부분을 노출하십시오. 그런 다음 섬유를 셀 입구에 튜브의 중앙에 놓습니다. 센서 소프트웨어를 열고 샘플링 간격을 0.15초로 설정하여 1헤르츠 의 기간까지 주기적인 신호를 감지할 수 있습니다.

전기화학 소프트웨어를 열어 농도 를 번갈아 가며 주파수 응답 분석 절차를 편집하고 작업 섹션에서 새로운 절차를 선택합니다. 명령에서 컨트롤 아이콘을 선택하고 아이콘을 작업 공간에 삽입합니다. 속성에서 갈바노티스트 모드와 명령의 셀에서 컨트롤 아이콘 옆에 명령을 배치합니다.

측정 순환 및 선형 스윕 볼텀에서 선형 스윕 볼타메트리 계단 명령을 추가합니다. 속성에서 시작 전류를 0.0 amps로 설정하고 정지 전류 값을 정상 상태로 설정합니다. 스캔 속도를 초당 0.005 암페어로 설정하고 단계는 0.1 암페어로 설정합니다.

두 개의 레코드 신호 명령을 삽입합니다. 속성에서 지속 시간을 7, 200초로 설정하고 간격 샘플링 시간을 두 명령에 대해 0.5초로 설정합니다. 첫 번째 레코딩 창은 출력 신호가 주기적인 정상 상태 조건에 접근하는 방식을 모니터링하는 데 사용되며 두 번째 레코딩된 상태 주기적인 출력 신호를 등록하는 것입니다.

반복 명령을 추가하여 동일한 단계를 20번 반복하도록 설정합니다. 재생을 눌러 농도 를 번갈아 하는 주파수 응답 프로그램을 시작합니다. 반복의 첫 번째 세트에서 셀 잠재력이 정상 상태 값에 도달하는지 확인하기 위해 기록 창을 관찰합니다.

선형 응답을 보장하기 위해 추가 산소 밸브를 열고 질량 흐름 컨트롤러를 주 공급의 총 유량값의 5%로 설정합니다. 밸브의 스위칭 시간을 0.5초의 초기 값으로 설정하고 시작을 클릭합니다. 그런 다음 셀 잠재력이 다음을 클릭하기 전에 모니터링 창에서 주기적인 정상 상태를 얻을 때까지 기다립니다.

표류 신호의 존재가 오해의 소지가 결론으로 이어질 수 있기 때문에 준 정상 상태 조건하에서 잠재력을 샘플링하는 것은 유물없는 스펙트럼을 얻기 위해 필요합니다. 새 레코딩 창에 주기적인 정상 상태 신호를 60초 동안 등록하고 다음을 다시 클릭합니다. 동시에, 주기적인 산소 입력을 등록하고 센서 소프트웨어에서 시작을 클릭합니다.

주파수 입력을 연상시키는 이름을 입력하고 확인을 클릭합니다. 그런 다음 60초 동안 신호를 등록하고 중지를 클릭합니다. 이전 단계를 반복하여 10년당 8개의 주파수 포인트를 획득하면서 8~1, 000 마이크로헤르츠의 주파수 범위의 기간과 신호에 대한 주기적인 입력/출력 상관관계를 측정합니다. 100 마이크로헤르츠보다 낮은 주파수에서 5개의 기간에 해당하는 시간 범위에 대한 신호를 샘플링합니다.

농도 를 번갈아 가는 주파수 응답 데이터를 분석하려면 MATLAB 스크립트를 FFT_input 엽니다. 매트와 FFT_output.mat. 주소 폴더에 측정된 산소 압력 및 현재 데이터 파일이 저장되는 폴더 위치의 사양을 삽입합니다.

FFT_po2 실행합니다. 매트와 FFT_pot. 매트 스크립트를 확인하고 플롯된 다이어그램을 확인하여 계산된 알고리즘이 제대로 작동하는지 확인합니다.

그런 다음 MATLAB 스크립트cfra_spectra.mat.mat을 열고 실행합니다. 갈바노정성 조건 하에서 농도-교대 주파수 응답 분석 전달 기능의 크기, 위상 각 및 나이퀴스트 스펙트럼이 플롯됩니다. 본 대표적인 분석에서, 전기화학적 임피던스펙스볼루시크 크기 및 위상 보데 플롯 분광은 먼저 갈바노정성 대조군 하에서 3개의 상이한 정상 상태 전류 밀도로 측정되었다.

여기서, 두 개의 다른 주파수에서 예시적인 주기적인 산소 압력 입력 및 그들의 Fourier 변환을 관찰할 수 있습니다. 고조파의 크기는 49 마이크로 헤르츠 주파수에서 근본적인 고조파 및 압력 입력에 대하여 정규화되었다 부비동성 형상을 특징으로했다. 낮은 주파수의 압력 입력은 주기적인 제곱파 형상과 유사하며, 관련 정규화된 Fourier 변환은 기본 에 대하여 여러 홀수 정수 주파수에서 내림차순 고조파 구성요소를 제시하는 제곱파 신호의 것을 완벽하게 반영했다.

셀 잠재적 반응은 동일한 기능을 제시했습니다. 정수가 아닌 주기 수에서 수행되는 입력 및 출력의 스펙트럼 분석은 스펙트럼 누설의 영향으로 인해 오해의 소지가 있는 결과를 초래할 수 있습니다. 이 경우, 신호는 기본 주파수에서 보다 발현된 잡음 대역폭을 특징으로 한다.

또한 크기는 제대로 처리된 신호의 약 90%입니다. 스펙트럼 누설을 방지하려면 분석된 모든 신호에 창 화 절차를 적용해야 합니다. 여기서, 전기화학적 임피던스 분광기 분광기와 동일한 정상 상태 조건 하에서 볼트 및 갈바노정성 조건하에서 측정된 농도 교대 주파수 반응 분석 분광이 도시된다.

고주파 영역에서 관찰된 바와 같이, 볼트와 갈바노시스 농도-번갈보링 주파수 응답 분석 스펙트럼은 이중 층 충전/방전 역학에 대한 민감도를 나타내지 않습니다. cFRA 스펙트럼은 대량 수송 현상과 관련된 일시적인 경우에만 민감합니다. 평가된 스펙트럼에 대한 원치 않는 기여를 피하기 위해, 준정상 상태 조건 하에서 셀 전위를 측정하고 신호 대 잡음 비율을 높이기 위해 충분한 수의 기간을 샘플링한다.

따라서 진단 외에도 주기적인 조건에서 전기 화학 연료 전지 및 반응기의 작동은 에너지 변환 효율뿐만 아니라 전기 화학 공정의 제품 선택성에 영향을 미칠 수있는 추가 가능성을 소개합니다.