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ईंधन कोशिकाओं के एकाग्रता बारी आवृत्ति प्रतिक्रिया विश्लेषण के लिए एक गाइड

doi: 10.3791/60129 Published: December 11, 2019

Summary

हम ईंधन कोशिकाओं, ईंधन सेल गतिशीलता का अध्ययन करने का एक आशाजनक नई विधि के एकाग्रता बारी आवृत्ति प्रतिक्रिया विश्लेषण के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं ।

Abstract

ऑक्सीजन के आवधिक एकाग्रता इनपुट क्षोभ पैदा करने में सक्षम एक प्रयोगात्मक सेटअप का उपयोग प्रोटोन-एक्सचेंज झिल्ली (पीईएम) ईंधन कोशिकाओं पर एकाग्रता-बारी आवृत्ति प्रतिक्रिया विश्लेषण (सीएफआरए) करने के लिए किया गया था। सीएफआरए प्रयोगों के दौरान, अलग-अलग आवृत्तियों पर सेल के कैथोड में संग्राहक एकाग्रता फ़ीड भेजा गया था। इलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया, जो सेल पर लागू नियंत्रण के आधार पर सेल क्षमता या वर्तमान हो सकती है, एक आवृत्ति प्रतिक्रिया हस्तांतरण कार्य तैयार करने के लिए पंजीकृत थी। पारंपरिक इलेक्ट्रोकेमिकल बाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईआईएस) के विपरीत, उपन्यास सीएफआरए पद्धति विभिन्न जन परिवहन घटनाओं के योगदान को गतिज आवेश हस्तांतरण प्रक्रियाओं से अलग करना संभव बनाती है। सेल। इसके अलावा, CFRA कैथोड के अलग-अलग आर्द्रीकरण राज्यों के बीच अंतर करने में सक्षम है। इस प्रोटोकॉल में, सीबीआरए प्रयोग करने की प्रक्रिया के विस्तृत विवरण पर ध्यान केंद्रित किया गया है। माप और तकनीक में भविष्य में सुधार के सबसे महत्वपूर्ण कदमों पर चर्चा कर रहे हैं ।

Introduction

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पीईएम ईंधन सेल के गतिशील व्यवहार की विशेषता यह समझने के लिए महत्वपूर्ण है कि कोशिका के प्रदर्शन को कम करने वाले क्षणिक परिचालन राज्यों पर कौन से तंत्र हावी हैं। इलेक्ट्रोकेमिकल बाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईआईएस) पीईएम ईंधन सेल गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली पद्धति है, समग्र गतिशील प्रदर्शन1,2में विभिन्न प्रक्रिया योगदान को अलग करने की क्षमता के कारण। हालांकि, इसी तरह के समय स्थिरांक के साथ क्षणिक प्रक्रियाओं को अक्सर ईआईएस स्पेक्ट्रा में जोड़ा जाता है, जिससे उनकी व्याख्या करना मुश्किल हो जाता है। इस कारण से, पिछले क्षणिक नैदानिक उपकरणों में कुछ या व्यक्तिगत गतिशीलता के प्रभाव का पता लगाने के उद्देश्य से गैर-विद्युत आदानों के अनुप्रयोग के आधार पर विकसित किया गया है और3,4,5,6,7का प्रस्ताव किया गया है।

हमारे समूह में एकाग्रता क्षोभ इनपुट और एकाग्रता-बारी आवृत्ति प्रतिक्रिया विश्लेषण (सीएफआरए) नाम के विद्युत आउटपुट पर आधारित एक उपन्यास आवृत्ति प्रतिक्रिया तकनीक विकसित की गई है। चुनिंदा नैदानिक उपकरण के रूप में सीएफआरए की क्षमता की सैद्धांतिक रूप से और प्रायोगिक रूप से6,7की जांच की गई है . यह पाया गया कि सीएफआरए विभिन्न प्रकार की जन परिवहन घटनाओं को अलग कर सकता है और सेल के संचालन के विभिन्न राज्यों के बीच भेदभाव कर सकता है। इस प्रोटोकॉल में, हम सीएफआरए प्रयोगों को करने की प्रक्रिया के चरण-दर-कदम विवरण पर ध्यान केंद्रित करते हैं। सेल के कोडांतरण, इसकी कंडीशनिंग और आवधिक एकाग्रता क्षोभ के साथ एक फ़ीड बनाने के लिए प्रयोगात्मक सेटअप, साथ ही डेटा विश्लेषण दिखाया जाएगा और विस्तार से चर्चा की जाएगी । अंत में, प्रक्रिया के सबसे महत्वपूर्ण बिंदुओं पर प्रकाश डाला जाएगा और सीएफआरए स्पेक्ट्रा की गुणवत्ता और चयनात्मकता में सुधार के लिए कई रणनीतियों को सटीक किया जाएगा।

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Protocol

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1. सामग्री तैयार करना

  1. काटने वाले प्रेस का उपयोग करके अंत प्लेटों के समान आकार के टेफ्लॉन के दो आयताकार टुकड़ों को काटें और छिद्रित करें; ध्यान रखें और सुनिश्चित करें कि छेद सही स्थिति में हैं जहां बोल्ट रखा जाना चाहिए।
  2. एक ही प्रक्रिया का उपयोग करके प्रवाह क्षेत्र के बाहरी और आंतरिक आयामों को ध्यान में रखते हुए टेफ्लॉन गैसकेट में कटौती की जाती है, और छेद की स्थिति जहां शिकंजा रखा जाना चाहिए।
  3. गैसकेट्स के आकार को ढालने वाले धातु फ्रेम का उपयोग करके गैस प्रसार परतों को काट ें।
  4. अतिरिक्त नैफियोन को द्विध्रुवी प्लेटों के आकार में समायोजित करने के लिए उत्प्रेरक लेपित झिल्ली (सीसीएम) से काट लें। उन स्थितियों पर झिल्ली में छेद करें जहां शिकंजा पहले उपयोग किए गए धातु फ्रेम की मदद से जाना चाहिए। छेद बनाने से पहले फ्रेम केंद्र का ख्याल रखना।

2. फ्यूल सेल असेंबली

  1. कैथोड द्विध्रुवी प्लेट को प्रवाह क्षेत्र की ओर से एक चिकनी और मजबूत सतह पर रखें।
  2. गैसकेट को ऊपर रखें। सुनिश्चित करें कि यह पेंच छेद के साथ संरेखित करता है।
  3. कैथोड जीडीएल को गैसकेट के बीच में रखें और सीसीएम को ऊपर रख दें। सुनिश्चित करें कि सीसीएम स्क्रू छेद के साथ गठबंधन किया है।
  4. एनोड जीडीएल और गैसकेट को शीर्ष पर रखें। सुनिश्चित करें कि गैसकेट स्क्रू छेद के साथ संरेखित करता है और जीडीएल को बीच में रखा जाता है।
  5. एनोड द्विध्रुवी प्लेट को शीर्ष (प्रवाह क्षेत्र की ओर नीचे) पर रखें और भागों को एक साथ क्लैंप करने के लिए शिकंजा का उपयोग करें।
    नोट: द्विध्रुवी प्लेटों को दृढ़ता से कड़ा नहीं किया जाना चाहिए । शिकंजा का उद्देश्य सिर्फ विभिन्न भागों गठबंधन रखने के लिए है।
  6. कैथोड स्टेनलेस स्टील एंड प्लेट को चिकनी और मजबूत सतह पर रखें।
  7. आयताकार टेफ्लॉन टुकड़ा और शीर्ष पर तांबे वर्तमान कलेक्टर रखें। सुनिश्चित करें कि वे बोल्ट छेद के साथ संरेखित करें।
  8. सेल इकाई के कैथोड पक्ष को प्रवाह क्षेत्रों में पायदान को ध्यान में रखते हुए कैथोड वर्तमान कलेक्टर पर चरण 2.1 में इकट्ठे हुए स्लॉट करें।
  9. स्लॉट एनोड वर्तमान कलेक्टर पर इकाई के एनोड पक्ष, Teflon गैसकेट की स्थिति और शीर्ष पर एनोड स्टेनलेस स्टील अंत प्लेट के साथ खत्म ।
  10. इन्सुलेट आस्तीन, ओ-रिंग और बोल्ट को एनोड एंड प्लेटों के छेद में रखें; छेद में बोल्ट डालें।
  11. इन्सुलेशन आस्तीन और ओ-रिंग की स्थिति; कैथोड की ओर बोल्ट पर नट रखकर खत्म करें।
  12. जब तक आप 5 Nm. 5 आड़ी चक्र के अनुशंसित टॉर्क मूल्य तक पहुंचने का सुझाव दिया जाता है, तब तक एक टोक़-रिंच का उपयोग करके बोल्ट को आड़े-तिरछे कस लें; कम टॉर्क मूल्य (1 Nm) से शुरू करें और प्रत्येक बाद के चक्र में 1 Nm की वृद्धि करें।

3. परिधि के साथ एक ईंधन सेल का एकीकरण

  1. हीटिंग बॉक्स में फ्यूल सेल रखें और इनलेट्स और आउटलेट्स को परिधि से कनेक्ट करें। लीकेज की जांच के लिए स्नूप लिक्विड का इस्तेमाल करें।
  2. कैथोड एंड प्लेट में थर्मोकपल डालें।
  3. शक्तिशाली के साथ ईंधन सेल इंटरफेस; 2 इलेक्ट्रोड-कॉन्फ़िगरेशन चुनें। एनोड पक्ष के लिए आरई और सीई के रूप में चिह्नित केबल और कैथोड पक्ष के लिए हम और एसई के रूप में चिह्नित लोगों को कनेक्ट करें ।
  4. सेल परिधि को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सॉफ़्टवेयर को शुरू करें; प्रायोगिक सेटअप की एक योजना की कल्पना की जाती है (चित्रा 1में योजनाबद्ध देखें)। एनोड और कैथोड इनलेट गैस प्रवाह दरों के मूल्यों का चयन करें और वाल्व खोलें। इस प्रोटोकॉल में दिखाए गए प्रयोगों में क्रमश 850, 300 और 300 मीटर/मिन की प्रवाह दरों का इस्तेमाल हाइड्रोजन (एनोड साइड), नाइट्रोजन और ऑक्सीजन (कैथोड साइड) के लिए किया गया।
  5. इनलेट गैसों के तापमान को चुनें और हीटिंग टेप चालू करें। निर्धारित बिंदु तापमान तक पहुंचने तक प्रतीक्षा करें। इस प्रोटोकॉल में सभी प्रयोगों में एनोड और कैथोड साइड में इनलेट गैसों का सेट प्वाइंट तापमान 68 डिग्री सेल्सियस रहा।
  6. इनलेट गैसों के वांछित ओस बिंदु तापमान को परिभाषित करने के लिए थर्मोस्टैट्स के तापमान को सेट करें; थर्मोस्टैट्स चालू करें।
  7. हीटिंग बॉक्स के नियंत्रण कक्ष पर ईंधन सेल के चुने हुए तापमान को सेट करें। फिर, हीटिंग चालू करें। इस प्रोटोकॉल में वर्णित प्रयोगों में 80 डिग्री सेल्सियस का ईंधन सेल तापमान निर्धारित किया गया था।
  8. ईंधन सेल के निर्धारित बिंदु तापमान तक पहुंचने तक प्रतीक्षा करें; इनलेट गैसों की आर्द्रीकरण स्थिति की जांच करें; फ्यूल सेल ओपन सर्किट सेल की क्षमता की जांच करें। शक्तिशाली के प्रदर्शन पर ओपन सर्किट सेल संभावित मूल्य 1 और 1.2 वी के बीच होना चाहिए।

4. ईंधन सेल शुरू प्रक्रिया

नोट: निम्नलिखित अनुभाग में वर्णित प्रक्रिया एक विशिष्ट सॉफ्टवेयर प्रोग्राम और शक्तिशाली (ऑटोलैब एन 104, नोवा 2.0 सॉफ्टवेयर) का उपयोग करती है। हालांकि, इसे मुख्य परिणामों को बदले बिना अन्य सॉफ़्टवेयर और पोटेलिओस्टैट्स का उपयोग करके भी किया जा सकता है। यदि एक नए सीसीएम का उपयोग किया जाता है तो स्टार्ट-अप प्रक्रिया का प्रदर्शन किया जाना चाहिए।

  1. ऑटोलैब नोवा 2.0 सॉफ्टवेयर शुरू करें।
    1. सॉफ्टवेयर के एक्शन सेक्शन में नई प्रक्रिया का चयन करें; प्रक्रिया संपादन पृष्ठ खुलता है।
    2. कमांडमें , ऑटोलैब कंट्रोल आइकन पर क्लिक करें ; ऑटोलैब कंट्रोल आइकन को कार्यक्षेत्र अनुभाग में खींचें। फिर, गुणोंमें, पोटेरियोस्टैटिक पर मोडका चयन करें।
      नोट: ऑटोलैब नोवा 2.0 सॉफ्टवेयर शक्तिशाली और वोल्टास्टैटिक शब्दों के बीच अंतर नहीं करता है।
    3. कमांडमें, सेल आइकन का चयन करें और इसे ऑटोलैब कंट्रोल आइकन के बगल में रखें। फिर, गुणों में सेल ऑनचुनें। लागू आइकन जोड़ें और गुणों में संदर्भ इलेक्ट्रोड के संबंध में सेल क्षमता के रूप में 0.9 V सेट करें।
    4. प्रतीक्षा आदेश जोड़ें और 1800 एस करने के लिए अवधि निर्धारित करें।
    5. माप चक्रीय और लीनियर स्वीप वोल्टेमेट्रीसे एलएसवी सीढ़ी कमान जोड़ें । 0.9 वी के लिए शुरू क्षमता निर्धारित करें, 0.6 वी के लिए बंद क्षमता, स्कैन दर 0.4 एमवी/एस और 0.244 एमवी के लिए कदम.
    6. प्रतीक्षा आदेश जोड़ें और 1800 एस करने के लिए अवधि निर्धारित करें।
    7. माप चक्रीय और लीनियर स्वीप वोल्टेमेट्रीसे एलएसवी सीढ़ी कमान जोड़ें । 0.6 वी के लिए शुरू क्षमता निर्धारित करें, 0.9 वी के लिए बंद क्षमता, स्कैन दर 0.4 एमवी/एस और 0.244 एमवी के लिए कदम।
    8. रिपीट कमांड डालें। कार्यक्षेत्र में चरण 4.1.4 (पहला प्रतीक्षा कमांड) से 4.1.7 (अंतिम एलएसवी सीढ़ी कमान) चरण के लिए आदेशों का चयन करें; माउस को रिपीट बॉक्स में खींचें और छोड़ दें। संपत्तियों में पुनरावृत्ति की संख्या 20 तक है।
  2. प्ले बटन पर क्लिक करके सेल स्टार्ट अप प्रक्रिया शुरू करें।
  3. 2 घंटे के बाद, यदि वर्तमान 0.6 वी पर स्थिर है स्टॉप बटन पर दबाकर कार्यक्रम बंद करें। यदि वर्तमान अभी भी बदल रहा है, तो कार्यक्रम को तब तक चलने दें जब तक कि यह समाप्त न हो जाए।

5. गैल्वानोस्टैटिक इलेक्ट्रोकेमिकल बाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोग

  1. ऑटोलैब नोवा 2.0 सॉफ्टवेयर शुरू करें।
    1. सॉफ्टवेयर के एक्शन सेक्शन में नई प्रक्रिया का चयन करें; प्रक्रिया संपादन पृष्ठ खुलता है।
    2. कमांड में ऑटोलैब कंट्रोल आइकन पर क्लिक करें ; ऑटोलैब कंट्रोल आइकन को कार्यक्षेत्र अनुभाग में खींचें और छोड़ दें। फिर, गुणों में गैल्वानोस्टैटिक पर मोड काचयन करें।
    3. कमांड पर सेल जोड़ें।
    4. एलएसवी सीढ़ी कमान जोड़ें। गुणों में 0 ए के लिए शुरू वर्तमान सेट, चुना स्थिर राज्य वर्तमान वर्तमान को रोकनेके लिए, स्कैन दर ०.००५ ए/s और ०.०१ ए के लिए कदम
    5. रिकॉर्ड सिग्नल कमांड डालें; गुणों में अवधि 7200 एस और अंतराल नमूना समय 0.1 एस के लिए निर्धारित करें।
    6. एफआरए माप कमांड विंडो डालें। गुणों में 1000 हर्ट्ज के लिए पहली लागू आवृत्ति सेट, 0.01 हर्ट्ज के लिए अंतिम लागू आवृत्ति और प्रति दशक आवृत्तियों की संख्या 5 करने के लिए। स्थिर राज्य वर्तमान के 5% के लिए आयाम सेट करें।
    7. सेल ऑफ कमांड जोड़ें।
  2. प्ले बटन दबाकर सेल गैल्वेनोस्टैटिक ईआईएस प्रोग्राम शुरू करें।
  3. रिकॉर्डिंग विंडो में परिवर्तन को देखकर सेल संभावित मूल्य स्थिर होने तक प्रतीक्षा करें। इसके बाद ईआईएस एक्सपेरिमेंट शुरू करने के लिए फॉरवर्ड बटन पर क्लिक करें।
  4. प्रयोग के दौरान सिस्टम की स्थिरता की जांच करें और कार्यक्रम समाप्त होने तक प्रतीक्षा करें।

6. एकाग्रता-बारी आवृत्ति प्रतिक्रिया प्रयोग

नोट: निम्नलिखित निर्देश गैल्वेनोस्टैटिक स्थितियों के तहत सीएफआरए प्रयोग करने की प्रक्रिया का वर्णन करते हैं। हालांकि, यदि वोल्टास्टैटिक स्थितियों के तहत सीएफआरए प्रयोग ों का प्रदर्शन करता है तो प्रक्रिया अलग नहीं होगी, इसके अलावा सॉफ्टवेयर में गैल्वेनोस्टैटिक को शक्तिशाली नियंत्रण के लिए स्थापित करना और वर्तमान के बजाय एक स्थिर स्थिति के रूप में एक निश्चित सेल क्षमता तय करना।

  1. तेजी से गतिशील माप के लिए Pyro फाइबर ऑक्सीजन सेंसर स्थापित करें।
    1. प्रोटेक्टिव सुई से फाइबर के संवेदनशील हिस्से को हटाने और सेल इनलेट में ट्यूबिंग के केंद्र में रखने के लिए पाइरो फाइबर ऑक्सीजन सेंसर के ऊपरी हिस्से में प्लंजर पर धीरे से नीचे पुश करें।
    2. पाइरो सॉफ्टवेयर खोलें।
    3. विकल्पों पर क्लिक करें । एडवांस करें और प्रोम फास्ट सैंपलिंगचुनें।
    4. नमूना अंतराल 0.15 एस के लिए सेट करें।
  2. ऑटोलैब नोवा 2.0 सॉफ्टवेयर का उपयोग करके सीएफआरए प्रक्रिया को संपादित करें।
    1. नोवा सॉफ्टवेयर खोलें और एक्शन सेक्शन में नई प्रक्रिया का चयन करें; सॉफ्टवेयर संपादन पृष्ठ खुलता है।
    2. कमांड में नियंत्रण आइकन का चयन करें और इसे कार्यक्षेत्र में डालें। गुणों में गैल्वानोस्टैटिक पर मोडका चयन करें। फिर कमांड पर सेल का चयन करें और इसे नियंत्रण आइकन के बगल में रखें।
    3. माप चक्रीय और लीनियर स्वीप वोल्टेमेट्रीसे एलएसवी सीढ़ी कमान जोड़ें । गुणों में स्टार्ट करंट को 0.0 ए सेट करें; स्टॉप वर्तमान के रूप में सेट करें स्थिर राज्य वर्तमान मूल्य जिस पर CFRA प्रयोग किया जाना चाहिए। फिर 0.005 ए/एस को स्कैन रेट के रूप में और 0.01 ए को स्टेपके रूप में इस्तेमाल करें ।
    4. दो रिकॉर्ड सिग्नल कमांड डालें; गुणों में 7200 एस और अंतराल नमूना समय 0.05 एस के लिए अवधि निर्धारित करें। पुनरावृत्ति आदेश जोड़कर 20 बार एक ही चरण दोहराएं। पुनरावृत्ति की संख्या संकेत आवृत्तियों की संख्या के बराबर होना चाहिए जिसे मापा जाना चाहिए।
      नोट: दो रिकॉर्डिंग सिग्नल खिड़कियां निम्नलिखित कारणों से सुविधाजनक हैं: एक रिकॉर्डिंग विंडो का उपयोग आवधिक आउटपुट सिग्नल के क्षणिक हिस्से की निगरानी के लिए किया जाता है, जबकि दूसरे का उपयोग आवधिक आउटपुट सिग्नल के स्थिर राज्य भाग को पंजीकृत करने के लिए किया जाता है। संकेत के स्थिर राज्य भाग हस्तांतरण समारोह निर्धारण के लिए प्रयोग किया जाता है।
  3. सीएफआरए प्रोग्राम शुरू करने के लिए प्ले बटन दबाएं।
  4. पुनरावृत्ति के पहले सेट में, जांच ें कि क्या सेल क्षमता रिकॉर्डिंग विंडो को देखकर स्थिर राज्य मूल्य तक पहुंचती है।
  5. अतिरिक्त ऑक्सीजन वाल्व खोलें और एक रैखिक प्रतिक्रिया सुनिश्चित करने के लिए मुख्य फ़ीड की कुल प्रवाह दर के मूल्य का 5% तक जन प्रवाह नियंत्रक सेट करें (उदाहरण: कुल प्रवाह दर के 600 mL/जिन के साथ 30 mL/min सेट करें)। फिर वाल्व के स्विचिंग समय को 0.5 एस के प्रारंभिक मूल्य पर सेट करें। स्विचिंग कंट्रोल स्टार्ट बटन दबाएं।
  6. रिकॉर्डिंग विंडो की निगरानी करें और तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि सेल क्षमता एक आवधिक स्थिर स्थिति प्राप्त न हो; इसके बाद अगले बटन पर क्लिक करें।
  7. 60 एस के लिए नई रिकॉर्डिंग विंडो में आवधिक स्थिर राज्य संकेत रजिस्टर करें। इसके बाद अगले बटन पर फिर से क्लिक करें।
  8. पिछले चरण 6.7 के साथ, आवधिक ऑक्सीजन इनपुट रजिस्टर करें। सेंसर सॉफ्टवेयर में स्टार्ट बटन का चयन करें, एक नाम डालें जो आवृत्ति इनपुट (उदाहरण: 1 हर्ट्ज) को याद करता है, और ओकेपर क्लिक करें। वर्तमान आउटपुट मामले में 60 एस के लिए सिग्नल रजिस्टर करें और स्टॉप बटन दबाएं।
  9. प्रति दशक 8 आवृत्ति अंक लेकर 8-1000 मेगाहर्ट्ज से आवृत्ति सीमा के लिए आवधिक इनपुट/आउटपुट सहसंबंधों को मापने के लिए समय मूल्यों को बढ़ाने पर पिछले चरणों को 6.6-6.8 दोहराएं । 100 मेगाहर्ट्ज से अधिक आवृत्ति पर प्रयोगों के लिए, 60 एस के लिए इनपुट और आउटपुट रजिस्टर करें। कम आवृत्तियों पर, 5 अवधियों के बराबर समय की एक श्रृंखला के लिए संकेतों का नमूना लें।

7. सीएफएएफए डेटा का विश्लेषण

  1. निर्यात ऑटोलैब नोवा 2.0 सॉफ्टवेयर से सेल संभावित प्रतिक्रियाओं मापा।
    1. रिकॉर्डिंग विंडो में मापा आवधिक स्थिर राज्य सेल संभावित उत्पादन के साथ आरेख पर क्लिक करें।
    2. शो डेटा पर क्लिक करें । कुंजी । निर्यात बटन। एक फ़ाइल नाम डालें जो इनपुट की आवृत्ति को याद करता है (उदाहरण: 1 हर्ट्ज) और सेवपर क्लिक करें।
    3. प्रत्येक आवृत्ति पर प्रत्येक मापा सेल संभावित उत्पादन के लिए चरण 7.1.1-7.1.2 दोहराएं।
  2. मतलाब लिपियों FFT_input.चटाई और FFT_output.चटाईखोलें । पता फ़ोल्डर अनुभाग में फ़ोल्डर के स्थान के विनिर्देशों को डालें जहां मापा ऑक्सीजन दबाव और वर्तमान डेटा फ़ाइलें संग्रहीत की जाती हैं।
    नोट: स्क्रिप्ट एकत्र किए गए आदानों की खिड़की प्रदर्शन करने के उद्देश्य से लिखी गई थी ताकि विश्लेषण करने के लिए आवधिक चक्रों की पूर्णांक संख्या हो, और उनके फोरियर की गणना सही और जल्दी से बदल जाती है। कोई भी अन्य प्रक्रिया जो एक ही कार्य करती है, परिणाम नहीं बदलती है।
  3. FFT_PO2 चटाई और FFT_Pot.चटाई लिपियों चलाते हैं; प्लॉट किए गए आरेखों में जांच करें यदि गणना एल्गोरिथ्म ठीक से काम करता है (समय डोमेन में, इनपुट और आउटपुट चक्रों की एक पूर्णांक संख्या मूल इनपुट और आउटपुट नमूनों से निकाली जानी चाहिए)।
    सावधानी: आवधिक चक्रों की गैर-तीक्ष्ण संख्या के आधार पर एक फोरियर ट्रांसफॉर्म के परिणामस्वरूप गलत CFRA स्पेक्ट्रा के परिणामस्वरूप इनपुट और आउटपुट का भ्रामक विश्लेषण हो सकता है।
  4. मैटलैब स्क्रिप्ट cFRA_spectra चटाई खोलें और इसे चलाएं। गैल्वेनोस्टैटिक स्थितियों के तहत सीएफआरए ट्रांसफर फंक्शन के परिमाण, चरण कोण और Nyquist स्पेक्ट्रा की साजिश रची जाती है।
    नोट: स्क्रिप्ट निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके ऑक्सीजन दबाव (इनपुट) और सेल क्षमता (आउटपुट) संकेत की मौलिक आवृत्ति पर फोरियर ट्रांसफॉर्म मानों का उपयोग करके सीएफआरए हस्तांतरण फ़ंक्शन की गणना करती है।

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Representative Results

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ईआईएस स्पेक्ट्रा पर आधारित ईंधन सेल गतिशीलता का प्रारंभिक विश्लेषण चित्रा 2में दिखाया गया है । EIS परिमाण(चित्रा 2ए)और चरण बोड भूखंड(चित्रा 2बी)स्पेक्ट्रा को गैल्वानोस्टैटिक नियंत्रण के तहत तीन अलग-अलग स्थिर राज्य वर्तमान घनत्व पर मापा जाता है। जैसा कि अपेक्षित था, सभी मुख्य क्षणिक प्रक्रियाएं देखी जाती हैं: उच्च आवृत्ति रेंज में डबल लेयर चार्जिंग/डिस्चार्जिंग, 1 हर्ट्ज और 100 मेगाहर्ट्ज के बीच की सीमा में बड़े पैमाने पर परिवहन गतिशीलता, और कम आवृत्ति सीमा1,2,8में झिल्ली हाइड्रेशन गतिशीलता। 100 मेगाहर्ट्ज से नीचे आवृत्तियों पर अक्सर देखे जाने वाले डेटा बिखरने से बचने के लिए निम्नलिखित शर्तों को पूरा किया जाना चाहिए: (i) ईआईएस प्रयोग स्थिर राज्य वर्तमान घनत्व प्राप्त होने के बाद ही शुरू होना चाहिए (अर्ध स्थिर राज्य की स्थिति एक नगण्य निरंतर बहाव की विशेषता है), (ii) इनपुट आयाम स्थिर राज्य वर्तमान मूल्य के 5% पर सेट किया गया है ताकि एक रैखिक प्रतिक्रिया सुनिश्चित की जा सके, जबकि एक साथ हार्मोनिक विश्लेषण में शोर के प्रभाव को कम करते हुए, (iii) प्रत्येक आवृत्ति के लिए कम से कम 4 अवधि हैं शोर प्रभावों को और कम करने के लिए नमूना लिया गया।

चित्रा 3 में दो अलग-अलग आवृत्तियों पर अनुकरणीय आवधिक ऑक्सीजन दबाव इनपुट दर्शाया गया है और उनके फोरियर बदल जाते हैं। चित्रा 3बी में हार्मोनिक्स के परिमाण मौलिक हार्मोनिक के संबंध में सामान्यीकृत कर रहे हैं। जैसा कि प्रोटोकॉल में पहले ही कहा गया है, अर्ध स्थिर राज्य की स्थिति तक पहुंचने के बाद सभी संकेतों का नमूना लिया गया था । 49 मेगाहर्ट्ज(चित्रा 3ए)की आवृत्ति पर दबाव इनपुट एक सिनसॉइडल आकार की विशेषता है। इसका फोरियर ट्रांसफॉर्म(चित्रा 3बी)मौलिक आवृत्ति पर एक हार्मोनिक और एक आवृत्ति पर एक अतिरिक्त उच्च हार्मोनिक प्रदर्शित करता है जो मौलिक एक का दोगुना है, जो शुद्ध सिनसोइडल संकेत से एक छोटे से विचलन का संकेत देता है। कम आवृत्ति पर दबाव इनपुट एक आवधिक वर्ग तरंग आकार(चित्रा 3सी)जैसा दिखता है। संबंधित सामान्यीकृत फोरियर ट्रांसफॉर्म(चित्रा 3डी)पूरी तरह से एक वर्ग तरंग संकेत को दर्शाता है, जो मौलिक के संबंध में कई अजीब पूर्णांक आवृत्तियों पर तरंगित हार्मोनिक घटकों को पेश करता है। सेल संभावित प्रतिक्रियाएं समान विशेषताएं(चित्रा 4ए-डी)पेश करते हैं। विभिन्न आवृत्तियों पर विभिन्न संकेत आकार जिस तरह से क्षोभ का उत्पादन किया जाता है के कारण होते हैं। स्विचिंग वाल्व खुले/बंद अवस्था से जल्दी गुजरता है जिसके परिणामस्वरूप ऑक्सीजन के दबाव में तेजी से परिवर्तन होता है । हालांकि, उच्च स्विचिंग आवृत्तियों पर दबाव प्रोफ़ाइल के पास वाल्व के अपने राज्य को फिर से बदलने से पहले एक नए स्थिर मूल्य को प्राप्त करने का समय नहीं है। इस कारण से, उच्च आवृत्तियों पर इनपुट क्षोभ, साथ ही आउटपुट प्रतिक्रिया, एक सिनसॉइडल आकार का पालन करें। दूसरी ओर, कम स्विचिंग आवृत्ति ऑक्सीजन दबाव को स्विच के बीच निरंतर मूल्य प्राप्त करने की अनुमति देती है, जिसके परिणामस्वरूप एक वर्ग तरंग इनपुट होता है। शोर प्रभावों को कम करने के लिए, केवल मौलिक आवृत्ति पर इनपुट और आउटपुट के मूल्यों को हस्तांतरण फ़ंक्शन का निर्धारण करने के लिए माना जाता है जबकि उच्च हार्मोनिक्स को ध्यान में नहीं रखा जाता है (कृपया eq 1 देखें)। इसी कारण से, 100 मेगाहर्ट्ज से अधिक आवृत्तियों पर संकेतों को कम से कम 60 एस के लिए एक साथ पंजीकृत किया गया था। कम आवृत्तियों पर नमूना समय कम से कम 5 अवधियों के बराबर से मेल खाता था।

स्पेक्ट्रल रिसाव के प्रभाव से बचने के लिए, जो भ्रामक परिणाम पैदा कर सकता है, इनपुट और आउटपुट डेटा का स्पेक्ट्रल विश्लेषण आवधिक चक्रों की पूर्णांक संख्या पर किया गया था। चूंकि नमूना प्रक्रिया शुरू होती है और मैन्युअल रूप से बंद हो जाती है, इसलिए अवधि की सटीक पूर्णांक संख्या हमेशा नमूना नहीं थी। इस कारण से, किसी भी अन्य विश्लेषण से पहले, डेटा को खिड़की प्रक्रिया के अधीन किया गया था। चित्रा 5 गलत तरीके से नमूना संकेतों के कारण स्पेक्ट्रल रिसाव के प्रभाव को दर्शाता है। खिड़की प्रक्रिया के आवेदन के बिना वर्तमान प्रतिक्रिया और इसके सामान्यीकृत Fourier रूपांतरण क्रमशः चित्रा 5 और चित्रा 5बी में प्रदर्शित कर रहे हैं । तुलना उद्देश्यों के लिए, सही ढंग से प्रसंस्कृत संकेत चित्रा 4बीमें दिखाया गया है। जैसा कि देखा जा सकता है, अनुचित रूप से प्रसंस्कृत सिग्नल(चित्रा 5बी)का फोरियर रूपांतरण मौलिक आवृत्ति के साथ-साथ पहले हार्मोनिक के कम परिमाण पर अधिक व्यक्त शोर बैंडविड्थ की विशेषता है। अनुचित रूप से प्रसंस्कृत सिग्नल(चित्रा 5बी)की भयावहता ठीक से संसाधित सिग्नल(चित्र4बी)का लगभग 90% है। यह आसानी से समझा जा सकता है कि विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करने के लिए खिड़की की प्रक्रिया महत्वपूर्ण है। चित्रा 6 ईआईएस स्पेक्ट्रा के समान स्थिर स्थिति के तहत वोल्टास्टैटिक और गैल्वेनोस्टैटिक स्थितियों के तहत मापा गया CFRA स्पेक्ट्रा प्रदर्शित करता है। जैसा कि देखा जा सकता है, उच्च आवृत्ति क्षेत्र में, वोल्टास्टैटिक और गैल्वानोस्टैटिक सीएफआरए स्पेक्ट्रा दोनों स्थिर राज्य की स्थितियों के प्रति कोई संवेदनशीलता नहीं दिखाते हैं। चूंकि उच्च आवृत्ति क्षेत्र मुख्य रूप से डबल लेयर चार्जिंग/डिस्चार्जिंग गतिशीलता जैसे तेज यात्रियों से प्रभावित होता है, इसलिए सीएफएएफए परिणाम तेजी से यात्रियों के लिए सीएफआरए विधि की कम संवेदनशीलता का संकेत देते हैं । दूसरी ओर, ईआईएस द्वारा सत्यापित समान आवृत्ति रेंज में बड़े पैमाने पर परिवहन और झिल्ली जलयोजन गतिशीलता का पता लगाया जा सकता है। इसलिए, सीएफआरए को पीईएम ईंधन कोशिकाओं में परिवहन गतिशीलता का चुनिंदा अध्ययन करने के लिए एक प्रयोगात्मक तकनीक माना जा सकता है। शोर के अधिक प्रभाव के कारण उच्च आवृत्तियों पर डेटा आमतौर पर अधिक बिखरे हुए होते हैं। इससे सैंपलिंग का समय बढ़ाकर या डेटा को अधिक बार रीसैंपलिंग करके और उनका औसत करके टाला जा सकता है ।

माप की गुणवत्ता को प्रभावित करने वाला एक और महत्वपूर्ण पहलू मापा स्थानांतरण समारोह की ख़दनता है। बहुत बड़े इनपुट आयाम का उपयोग आउटपुट प्रतिक्रिया में हार्मोनिक्स में अतिरिक्त nonlinear योगदान का कारण बन सकता है। nonlinearities की उपस्थिति की जांच करने का एक तरीका एकरूपता सिद्धांत लागू करना है। तदनुसार, विभिन्न इनपुट आयाम मूल्यों का उपयोग करके एक ही माप दोहराया जाता है। यदि दोनों स्थानांतरण कार्यों के बीच अंतर नगण्य है या शोर के स्तर से नीचे है, तो इनपुट/आउटपुट सहसंबंध को nonlinearities से मुक्त माना जा सकता है । इस सिद्धांत के अनुप्रयोग का एक उदाहरण चित्र 7में देखा जा सकता है । संदर्भ मामले बोड आयाम स्पेक्ट्रा (ब्लू वक्र) को एक ही स्थिर राज्य की स्थितियों में मापा जाता है लेकिन संदर्भ आयाम मूल्य के आधे का उपयोग करके एक साथ साजिश रची जाती है। दो बोड भूखंड ओवरलैप करते हैं, जो ऑनलाइनकी अनुपस्थिति का संकेत देते हैं।

चित्रा 8एक सूखी एनोड/गीला कैथोड और गीला कैथोड/सूखी एनोड विन्यास के साथ एक पीईएम ईंधन सेल के EIS परिमाण स्पेक्ट्रा प्रदर्शित करता है । चित्रा 8बीमें, एक ही शर्तों पर गैल्वेनोस्टैटिक CFRA स्पेक्ट्रा तुलना उद्देश्यों के लिए दिखाए जाते हैं। EIS केवल दो ऑपरेटिंग राज्यों के बीच एक मात्रात्मक अंतर प्रदर्शित करता है । इसके विपरीत, CFRA उन दोनों के बीच अंतर कर सकते हैं, अलग गुणात्मक व्यवहार दिखा । यह ध्यान देने योग्य है कि नफियन झिल्ली हाइड्रेशन के आवृत्ति क्षेत्र में परिमाण गीले कैथोड के साथ कम हो जाता है, जबकि यह सूखे कैथोड के साथ बढ़ता है।

Figure 1
चित्रा 1: सीएफआरए माप करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रयोगात्मक सेटअप का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व। मुख्य फ़ीड एक निश्चित तापमान पर पानी से भरे बबलर से गुजरकर ऑक्सीजन और नाइट्रोजन का मिश्रण है। गैस का तापमान, ओस बिंदु तापमान, कुल दबाव और मिश्रण में ऑक्सीजन का आंशिक दबाव कोशिका प्रवेश पर मापा जाता है। स्विचिंग वाल्व का उपयोग करके ऑक्सीजन का एक छोटा सा प्रवाह समय-समय पर मुख्य फ़ीड में जोड़ा जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: इलेक्ट्रोकेमिकल बाधा स्पेक्ट्रा तीन अलग स्थिर राज्य वर्तमान घनत्व पर । बोड प्लॉट प्रतिनिधित्व में बाधा का परिमाण(ए)और चरण(बी)। प्रायोगिक स्थितियां: 80 डिग्री सेल्सियस की कोशिका का तापमान, 68 डिग्री सेल्सियस का इनलेट गैस का तापमान, 300 मीटर/न्यूनतम का कैथोड ऑक्सीजन प्रवाह, 300 मीटर/न्यूनतम का कैथोड नाइट्रोजन प्रवाह, 850 मीटर/न्यूनतम का एनोड हाइड्रोजन प्रवाह। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3: समय और आवृत्ति डोमेन में आवधिक ऑक्सीजन दबाव इनपुट। (क)500 मेगाहर्ट्ज पर समय के साथ आवधिक ऑक्सीजन इनपुट,(B)फोरियर 500 मेगाहर्ट्ज पर ऑक्सीजन इनपुट के स्पेक्ट्रा को बदलदेता है,(सी)8 मेगाहर्ट्ज पर समय के साथ आवधिक ऑक्सीजन इनपुट,(डी)फोरियर 8 मेगाहर्ट्ज पर ऑक्सीजन इनपुट के स्पेक्ट्रा को बदल देता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: समय और आवृत्ति डोमेन में सेल संभावित आउटपुट। (क)500 मेगाहर्ट्ज पर समय के साथ सेल संभावित आउटपुट,(B)फोरियर 500 मेगाहर्ट्ज पर सेल संभावित प्रतिक्रिया के स्पेक्ट्रा को बदलना,(सी)सेल संभावित आउटपुट समय के साथ 8 मेगाहर्ट्ज पर,(डी)8 मेगाहर्ट्ज पर सेल संभावित प्रतिक्रिया का फोरियर ट्रांसफॉर्म स्पेक्ट्रा। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: समय और आवृत्ति डोमेन में सेल संभावित आउटपुट विंडोिंग प्रक्रिया द्वारा संसाधित नहीं किया जाता है। (A)500 मेगाहर्ट्ज पर समय के साथ सेल संभावित आउटपुट,(B)फोरियर 500 मेगाहर्ट्ज पर सेल संभावित प्रतिक्रिया के स्पेक्ट्रा को बदल देता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6: तीन अलग स्थिर राज्य की स्थिति में CFRA स्पेक्ट्रा । (ए)वोल्टास्टैटिक नियंत्रण के तहत सीएफआरए परिमाण बोड प्लॉट,(बी)सीएफआरए परिमाण बोड प्लॉट गैल्वेनोस्टैटिक नियंत्रण के तहत,(सी)कैएफआरए चरण कोण बोड प्लॉट वोल्टास्टैटिक नियंत्रण के तहत,(डी)कैएफआरए चरण कोण बोड प्लॉट वोल्टास्टैटिक नियंत्रण के तहत। प्रायोगिक स्थितियां: 80 डिग्री सेल्सियस के सेल तापमान, 68 डिग्री सेल्सियस का इनलेट गैस का तापमान, कैथोड और एनोड ओस प्वाइंट तापमान 55 डिग्री सेल्सियस, कैथोड ऑक्सीजन प्रवाह 300 मीटर/न्यूनतम का कैथोड ऑक्सीजन प्रवाह, 300 मीटर/न्यूनतम का कैथोड नाइट्रोजन प्रवाह, 850 मीटर/न्यूनतम का एनोड हाइड्रोजन प्रवाह। 850 मीटर/न्यूनतम का एनोड हाइड्रोजन प्रवाह देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें।

Figure 7
चित्रा 7: विभिन्न ऑक्सीजन दबाव आयामों का उपयोग कर के सीएफआरए स्पेक्ट्रा। 7000 पीए (ब्लू वक्र) और 3500 पीए (लाल वक्र) के ऑक्सीजन इनपुट आयाम का उपयोग करके गैल्वानोस्टैटिक स्थितियों के तहत cFRA परिमाण बोड प्लॉट। प्रायोगिक स्थितियां: कोशिका का तापमान 80 डिग्री सेल्सियस, इनलेट गैस का तापमान 68 डिग्री सेल्सियस, कैथोड और एनोड ओस प्वाइंट तापमान 55 डिग्री सेल्सियस, कैथोड ऑक्सीजन प्रवाह 300 मीटर/न्यूनतम का कैथोड ऑक्सीजन प्रवाह, 300 मीटर/न्यूनतम का कैथोड नाइट्रोजन प्रवाह, 850 मीटर/न्यूनतम का एनोड हाइड्रोजन प्रवाह। 850 मीटर/न्यूनतम का एनोड हाइड्रोजन प्रवाह देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें।

Figure 8
चित्रा 8: कम आर्द्रता की स्थिति में ईआईएस और सीएफआरए स्पेक्ट्रा के बीच तुलना। (A)ईआईएस परिमाण Bode भूखंड,(B)cFRA परिमाण Bode भूखंडों । शुष्क एनोड/गीले कैथोड विन्यास के साथ आर्द्रीकरण की स्थिति: एनोड ओस बिंदु तापमान 30 डिग्री सेल्सियस, कैथोड ओस बिंदु तापमान 55 डिग्री सेल्सियस। गीले एनोड/ड्राई कैथोड विन्यास के साथ आर्द्रीकरण की स्थिति: एनोड ओस बिंदु तापमान 55 डिग्री सेल्सियस, कैथोड ओस बिंदु तापमान 30 डिग्री सेल्सियस। स्थिर राज्य वर्तमान: १०० एमए/सेमी2कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

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शास्त्रीय ईआईएस के विपरीत, सीएफए एक नैदानिक उपकरण है जो ईंधन सेल में होने वाली विभिन्न जन परिवहन घटनाओं से संबंधित गतिशीलता के लक्षण वर्णन पर केंद्रित है। यह इलेक्ट्रोड में ऑक्सीजन प्रसार के नीचे एक समय निरंतर होने वाले किसी भी क्षणिक का पता लगाने में सक्षम नहीं है, उदाहरण के लिए डबल लेयर6के चार्ज/निर्वहन । इसलिए, ईआईएस के विपरीत जहां कई घटनाएं मिलकर की जाती हैं, सीपीआरए विशिष्ट गतिशीलता से संबंधित पैटर्न को अधिक स्पष्ट रूप से पहचानने में मदद कर सकता है। इससे अनुमान की गुणवत्ता में सुधार करने वाले विभिन्न मापदंडों के बीच सहसंबंध प्रभाव कम हो जाएंगे। इसके अतिरिक्त, कैथोड के आर्द्रीकरण राज्यों के बीच अंतर करने की इसकी क्षमता का उपयोग ऑनलाइन नैदानिक उपकरण के रूप में किया जा सकता है। हालांकि, तकनीक के कई पहलुओं में सुधार किया जाना चाहिए और इसका इष्टतम उपयोग करने के लिए जिम्मेदार होना चाहिए। इस प्रोटोकॉल का उद्देश्य पीईएम ईंधन कोशिकाओं पर गतिशील एकाग्रता इनपुट लागू करने और इसका विश्लेषण करने का तरीका कैसे है, इसका उदाहरण प्रदान करना है। सीएफआरए में सुधार के लिए विभिन्न तकनीकी मुद्दों और कमरे पर नीचे चर्चा की जाती है ।

इनपुट और आउटपुट डेटा का नमूना और उपचार मापा सीएफआरए स्पेक्ट्रा की गुणवत्ता के लिए महत्वपूर्ण है। कम से कम तीन घंटे के समय में सिस्टम की स्थिरता की आवश्यकता है। इसलिए, अत्यधिक अस्थिर परिस्थितियों में प्रयोग करना मुश्किल है जैसे कि अत्यंत बाढ़ ग्रस्त या शुष्क परिस्थितियों में9। समय लेने वाले कदम सेल की समतुल्यता है, जो 30 मिन और 1 घंटे के बीच लेता है, और आवधिक इनपुट/आउटपुट संकेतों का नमूना है, जो इस प्रोटोकॉल में विचार किए गए सभी आवृत्ति बिंदुओं और व्यवस्थाओं के लिए लगभग 1 घंटे और 15 वर्ष लेता है । बाद के चरण को मौलिक आवृत्ति पर केवल एक के बजाय सीएफआरए स्पेक्ट्रा निर्धारित करने के लिए वर्ग तरंग आदानों और आउटपुट में निहित सभी हार्मोनिक्स का उपयोग करके नाटकीय रूप से कम किया जा सकता है। असल में, जैसा कि चित्रा 3में दिखाया गया है, आवधिक वर्ग तरंग एक बहु-सिनसॉइडल इनपुट के बराबर है जिसका उपयोग केवल एक संकेत में विभिन्न आवृत्तियों (चित्रा 3 और चित्रा 4देखें) की प्रतिक्रिया को कैप्चर करने के लिए किया जा सकता है। इसलिए, प्रति आवृत्ति दशक केवल दो ऑक्सीजन दबाव इनपुट एक पूर्ण सीएफआरए स्पेक्ट्रा को मापने के लिए पर्याप्त हो सकते हैं। इस तरह, अवधि नमूना सबसे कम आधे घंटे के लिए कम हो जाएगा ।

प्रक्रिया स्वचालित नहीं है। ऑक्सीजन के अतिरिक्त आवधिक प्रवाह को जोड़ने के लिए उपयोग किए जाने वाले वाल्व का स्विचिंग समय सीमेंस द्वारा पीसीएस 7 सॉफ्टवेयर का उपयोग करके बदल जाता है, जो प्रायोगिक सेटअप में उपयोग किए जाने वाले अन्य सभी उपकरणों को भी नियंत्रित करता है। उदाहरण के लिए, अन्य सिस्टम डिज़ाइन प्लेटफार्मों का उपयोग एक ही कार्य के लिए किया जा सकता है। दूसरी ओर, डेटा उपचार स्वचालित और सीधा है। तदर्थ बनाई गई मैटलैब स्क्रिप्ट में डेटा फोल्डर की लोकेशन डालना ही जरूरी है, इसे चलाएं और कुछ सेकंड बाद स्पेक्ट्रा की साजिश रची जाएगी।

उपयोग किए जाने वाले प्रायोगिक सेटअप की एक सीमा ऑक्सीजन दबाव इनपुट की उच्चतम आवृत्ति है जिसे प्राप्त और विश्लेषण किया जा सकता है। स्विचिंग वाल्व और फाइबर ऑप्टिक ऑक्सीजन सेंसर: दो उपकरणों की विशेषताएं इस सीमा के मूल्य का निर्धारण करती हैं। पहले के प्रदर्शन में 0.5 एस की अधिकतम स्विचिंग दर का प्रभुत्व है जो 1 हर्ट्ज तक के आवधिक ऑक्सीजन क्षोभ का उत्पादन करना संभव बनाता है। लगभग सैकड़ों हर्ट्ज की स्विचिंग दर वाले चुंबकीय सोनालिका प्रौद्योगिकी के साथ स्विचिंग वाल्व का उपयोग इस सीमा के मूल्य में वृद्धि कर सकता है। दूसरी ओर, फाइबर ऑप्टिक सेंसर से संबंधित बाधाएं ऑक्सीजन आंशिक दबाव के तेजी से परिवर्तन का पता लगाने की क्षमता से संबंधित हैं। उपयोग किए गए सेंसर की अधिकतम नमूना आवृत्ति 7 हर्ट्ज है जिसका अर्थ है कि 3.5 हर्ट्ज तक आवृत्ति के साथ एक आवधिक संकेत का अर्थ है Nyquist-शांनोन नमूना प्रमेय के अनुसार सार्थक विश्लेषण किया जा सकता है। यहां फिर से, अधिक डेटा को संसाधित करने में सक्षम एक तेज सेंसर रीडर का उपयोग करके प्रदर्शन में सुधार किया जा सकता है, जिससे सैकड़ों हर्ट्ज के क्रम में नमूना दर प्राप्त करना संभव होगा। हालांकि, सेंसर की समय प्रतिक्रिया एक पैरामीटर है जिसे भी ध्यान में रखा जाना चाहिए। हमारे मामले में, यह 0.3 एस (t90) के आसपास है।

वर्तमान कार्यप्रणाली और तकनीकी सीमाओं के अलावा, प्रायोगिक सेटअप की वर्तमान व्यवस्था से संबंधित एक अन्य पहलू पर डेटा के विश्लेषण और उनकी व्याख्या के संबंध में विचार किया जाना चाहिए । बाद के आर्द्रीकरण के बाद मुख्य फ़ीड में ऑक्सीजन के छोटे अतिरिक्त प्रवाह के अलावा (चित्रा 1देखें) न केवल ऑक्सीजन के दबाव की भिन्नता का तात्पर्य है, बल्कि पानी के दबाव को भी देखता है। असल में, ऑक्सीजन आंशिक दबाव की वृद्धि का अर्थ है पानी के दबाव का विनाश और इसके विपरीत, जिसके परिणामस्वरूप एंटीफेज में दो आदानों के साथ एक साथ आवधिक क्षोभ होता है। इसलिए, मापा स्थानांतरण समारोह समीकरण (1) में एक नहीं है, लेकिन दो और क्रमशः ऑक्सीजन और पानी क्षोभ के लिए प्राप्त की एक रैखिक संयोजन है । यह पढ़ता है:

जहां चर मापा हस्तांतरण समारोह के लिए पानी के योगदान के अंश की मात्रा । इसलिए, एकल स्थानांतरण कार्यों को अलग करने के लिए योगदान जल दबाव का मूल्यांकन किया जाना चाहिए। इस समस्या को हल करने का एक तरीका संदर्भ [7] में प्रदर्शित किया जाता है। भविष्य में इस सेक्शन में विस्तृत समाधानों को लागू कर कार्यप्रणाली में सुधार किया जाएगा।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

जटिल तकनीकी प्रणालियों की गतिशीलता के लिए मैक्स प्लैंक संस्थान इस लेख की प्रकाशन लागत को पूरा करने में सहायता की।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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Sorrentino, A., Sundmacher, K., Vidaković-Koch, T. A Guide to Concentration Alternating Frequency Response Analysis of Fuel Cells. J. Vis. Exp. (154), e60129, doi:10.3791/60129 (2019).More

Sorrentino, A., Sundmacher, K., Vidaković-Koch, T. A Guide to Concentration Alternating Frequency Response Analysis of Fuel Cells. J. Vis. Exp. (154), e60129, doi:10.3791/60129 (2019).

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