Vi presenterer en protokoll for konsentrasjon vekslende frekvensrespons analyse av brenselceller, en lovende ny metode for å studere brenselcelle dynamikk.
En eksperimentell oppsett i stand til å generere en periodisk konsentrasjon input forstyrrelsene av oksygen ble brukt til å utføre konsentrasjon-vekslende frekvensrespons analyse (cFRA) på Proton-utveksling membran (PEM) brenselceller. Under cFRA eksperimenter, den modulert konsentrasjon feed ble sendt til bilde av cellen ved forskjellige frekvenser. Den elektriske responsen, som kan være celle potensial eller strøm avhengig av kontroll brukt på cellen, ble registrert for å formulere en frekvensrespons overføringsfunksjon. I motsetning til tradisjonelle elektrokjemiske impedans spektroskopi (EIS), romanen cFRA metodikk gjør det mulig å skille bidrag av ulike masse transport fenomener fra kinetisk lade overføring prosesser i frekvensresponsen Spectra av cellen. Dess, cFRA er i stand til å skille mellom varierende fukting statene i bilderør. I denne protokollen er fokuset på den detaljerte beskrivelsen av prosedyren for å utføre cFRA-eksperimenter. De mest kritiske trinnene i målingene og fremtidige forbedringer av teknikken diskuteres.
Å karakteriserer den dynamiske atferden til en PEM brenselcelle er viktig for å forstå hvilke mekanismer som dominerer de forbigående operative statene senke ytelsen til cellen. Elektrokjemiske impedans spektroskopi (EIS) er den mest brukte metoden for å studere PEM brenselcelle dynamikk, på grunn av sin evne til å skille ulike prosess bidrag til den samlede dynamiske ytelse1,2. Imidlertid er forbigående prosesser med lignende tids konstanter ofte koblet sammen i EIS Spectra, noe som gjør det vanskelig å tolke dem. Av denne grunn, i de siste forbigående diagnostiske verktøy basert på anvendelse av ikke-elektriske innganger med sikte på å oppdage virkningen av et par eller individuelle dynamikk har blitt utviklet og foreslått3,4,5,6,7.
En roman frekvensrespons teknikk basert på konsentrasjon forstyrrelsene input og elektriske utganger kalt konsentrasjon-alternerende frekvensrespons analyse (cFRA) har blitt utviklet i vår gruppe. Potensialet i cFRA som en selektiv diagnostisk verktøy har blitt undersøkt teoretisk og eksperimentelt6,7. Det ble funnet at cFRA kan skille ulike typer masse transport fenomener og diskriminere mellom de ulike tilstandene til drift av cellen. I denne protokollen fokuserer vi på den trinnvise beskrivelsen av fremgangsmåten for å utføre cFRA-eksperimenter. Sammenstillingen av cellen, dens condition og eksperimentell oppsett for å lage en feed med periodisk konsentrasjon forstyrrelsene, samt dataanalyse vil bli vist og diskutert i detalj. Til slutt, de mest kritiske punktene i prosedyren vil bli uthevet og flere strategier for å forbedre kvaliteten og selektivitet av cFRA Spectra vil bli fant frem.
I motsetning til klassisk EIS, er cFRA et diagnostisk verktøy fokusert på karakterisering av dynamikk knyttet til de ulike masse transport fenomener som forekommer i brenselcellen. Det er ikke i stand til å oppdage noen transienter å ha en tidskonstant under oksygen diffusjon i elektroden, som for eksempel lading/lossing av det doble laget6. Derfor, i motsetning til EIS der flere fenomener er koplet, cFRA kan bidra til å identifisere mønstre knyttet til bestemte dynamikken tydeligere. Dette …
The authors have nothing to disclose.
Max Planck-instituttet for Dynamics av komplekse tekniske systemer assistert i møte publikasjonen kostnadene for denne artikkelen.
Membrane Electrode Assemby N115 25,8 cm2 | QuinTech | EC-NM-115 | cathode/anode loding: 1mg Pt/cm2 |
Potentiostat | Metrhohm | PGSTAT302N | |
Booster | Metrohm | BOOSTER20A | |
Retractable fiber oxygen sensor | Pyro Science | OXR430-UHS | |
Dew Point and Temperature Meter | VAISALA | DMT340 | |
Software process control system | Siemens | Simatic PCS 7 | |
Software MATLAB2012a | Mathworks | ||
Hydrogen | Linde | Hydrogen 6.0 | |
Nitrogen | Linde | Nitrogen 5.0 | |
Oxygen | Linde | Oxygen 5.0 |