Name: Yakıt Hücrelerinin Konsantrasyon Alternatif Frekans Yanıt Analizi Kılavuzu (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-12-11T17:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 18 s
Description: Öğrenin, polimer yakıt hücrelerinde bozulma, su baskını ve zehirlenme gibi arıza durumlarını teşhis etmek için konsantrasyon alternatif frekans yanıt analizi yöntemini. Bu protokol belirsizliği azaltarak net hata tanımlaması sağlar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Max Planck Institute for Dynamics of Complex Teknik Systems bu makalenin yayın maliyetlerinin karşılanmasına yardımcı oldu.

1. Malzeme hazırlama
<ol><li>Kesme presi kullanarak son plakalarla aynı boyutta iki dikdörtgen Teflon parçasını kesip geçirin; dikkat edin ve deliklerin cıvataların yerleştirilmeleri gereken konumda olduğundan emin olun.</li>
	<li>Aynı prosedürü kullanarak, akış alanının dış ve iç boyutları ve vidaların yerleştirilmeleri gereken deliklerin konumu göz önünde bulundurularak Teflon contalarını kesin.</li>
	<li>Contaların boyutuna uygun metal bir çerçeve kullanarak gaz difüzyon katmanlarını kesin.</li>
	<li>Çift kutuplu plakaların boyutuna ayarlamak için katalizör kaplı membran (CCM) fazla Nafion kesin. Daha önce kullanılan metal çerçeve yardımı ile vidaların geçmesi gereken pozisyonlarda membranda delikler açmak. Delikler yapmadan önce çerçeveyi ortalamaya dikkat edin.</li>
</ol>2. Yakıt hücresi montajı
<ol><li>Katot bipolar plakayı akış alanı yan tarafı yukarı doğru düzgün ve sağlam bir yüzeye yerleştirin.</li>
	<li>Contayı üste yerleştirin. Vida delikleriyle hizalandığından emin olun.</li>
	<li>Kathot GDL'yi contanın ortasına yerleştirin ve CCM'yi üste koyun. CCM'nin vida delikleriyle hizalandığından emin olun.</li>
	<li>Anod GDL ve contayı üste yerleştirin. Contanın vida delikleriyle hizalandığından ve GDL'nin ortaya yerleştirildiğinden emin olun.</li>
	<li>Anod bipolar plakayı üst üste yerleştirin (akış alanı tarafı aşağı) ve parçaları birbirine bağlamak için vidalar kullanın. NOT: Bipolar plakalar güçlü bir şekilde sıkılaştırılmamalıdır. Vidaların amacı sadece farklı parçaları hizalanmış tutmaktır.</li>
	<li>Katot paslanmaz çelik uç plakayı pürüzsüz ve sağlam bir yüzeye yerleştirin.</li>
	<li>Dikdörtgen Teflon parçasını ve bakır akım toplayıcısını üste yerleştirin. Cıvata delikleriyle hizalandığından emin olun.</li>
	<li>Akış alanlarındaki çentikleri dikkate alarak katot akım toplayıcısı üzerinde 2.1 adımda monte edilen hücre ünitesinin katot tarafını yuvasına getirin.</li>
	<li>Anod akım kolektörü üzerinde ünitenin anodu tarafını yerleştirin, Teflon contalarını yerleştirin ve üstte anot paslanmaz çelik uç plakası ile bitirin.</li>
	<li>Yalıtım kollarını, O-halkasını ve cıvataları anodu uç plakalarının deliklerine yerleştirin; cıvataları deliklere yerleştirin.</li>
	<li>Yalıtım kollarını ve O-halkasını konumlandırın; katot tarafında cıvata üzerine somun yerleştirerek bitirmek.</li>
	<li>5 N·m. 5 çapraz yönlü çevrimin önerilen tork değerine ulaşana kadar bir tork anahtarı kullanarak cıvataları çapraz olarak sıkın; düşük tork değeri (1 N·m) ile başlar ve sonraki her döngüde 1 N·m artırın.</li>
</ol>3. Bir yakıt hücresinin çevre ile entegrasyonu
<ol><li>Yakıt hücresini ısıtma kutusuna yerleştirin ve giriş ve çıkışları çevreye bağlayın. Sızıntıları kontrol etmek için snoop sıvı kullanın.</li>
	<li>Termokupl'u katot ucu plakaya takın.</li>
	<li>Yakıt hücresini potansiyostat ile ara; 2 elektrot yapılandırması seçin. RE ve CE olarak işaretlenmiş kabloları atot tarafına, WE ve SE olarak işaretlenmiş kabloları da katot tarafına bağlayın.</li>
	<li>Hücre çevresini kontrol etmek için kullanılan yazılımı başlatın; deneysel kurulumun şeması görselleştirilmiştir (Şekil 1'dekişemaya bakınız). Anod ve katot giriş gaz akış hızlarının değerlerini seçin ve vanaları açın. Bu protokolde gösterilen deneylerde sırasıyla hidrojen (anot tarafı), azot ve oksijen (katot tarafı) için 850, 300 ve 300 mL/dk akış oranları kullanılmıştır.</li>
	<li>Giriş gazlarının sıcaklığını seçin ve ısıtma bantlarını açın. Ayar noktası sıcaklığına ulaşılAna kadar bekleyin. Bu protokoldeki tüm deneylerde anod ve katot tarafındaki giriş gazlarının ayar noktası sıcaklığı 68 °C'dir.</li>
	<li>Giriş gazlarının istenilen çiy noktası sıcaklığını tanımlamak için termostatların sıcaklıklarını ayarlayın; Termostatları açın.</li>
	<li>Yakıt hücresinin seçilen sıcaklığını ısıtma kutusunun kontrol paneline ayarlayın. Sonra, ısıtmayı açın. Bu protokolde açıklanan deneylerde yakıt hücresi sıcaklığı 80 °C olarak belirlenmiştir.</li>
	<li>Yakıt hücresinin ayar noktası sıcaklığına ulaşılAna kadar bekleyin; giriş gazlarının nemlendirme durumunu kontrol edin; yakıt hücresi açık devre hücre potansiyelini kontrol edin. Potansiyostat ekranındaki açık devre hücresi potansiyel değeri 1 ile 1,2 V arasında olmalıdır.</li>
</ol>4. Yakıt hücresi başlatma prosedürü
NOT: Aşağıdaki bölümde açıklanan yordam belirli bir yazılım programı ve potentiostat (Autolab N104, NOVA 2.0 yazılımı) kullanır. Ancak, aynı zamanda ana sonuçları değiştirmeden diğer yazılım ve potentiostats kullanılarak yapılabilir. Yeni bir CCM kullanılıyorsa başlatma yordamı yapılmalıdır.
<ol><li>Autolab NOVA 2.0 yazılımını başlatın.<ol>
<li>Yazılımın Eylem bölümünde Yeni Yordam'ı seçin; yordam düzenleme sayfası açılır.</li>
		<li>Komut'ta, Autolab Denetimi simgesine tıklayın; Autolab Denetim simgesini çalışma alanı bölümüne sürükleyin. Ardından, Özellikler'de, Potansiyostatik Mod'useçin. NOT: Autolab NOVA 2.0 yazılımı potansiyostatik ve voltastatik terimleri arasında ayrım yapmaz.</li>
		<li>Komut'ta, Hücre simgesini seçin ve Autolab Denetimi simgesinin yanına yerleştirin. Daha sonra, Özellikler'de Cell On'useçin. Başvuru simgesini ekleyin ve 0.9 V'yi referans elektrota göre Hücre Potansiyeli olarak ayarlayın.</li>
		<li>Bekle komutunu ekleyin ve Süreyi 1800 s'ye ayarlayın.</li>
		<li>Ölçüm Döngüsel ve Lineer Süpürme Voltammetry LSV Merdiven komutu ekleyin. Başlangıç Potansiyelini 0,9 V'a, Stop Potansiyelini 0,6 V'a, Tbmyi 0,4 mV/s'ye ve Adım 0,244 mV'ye ayarlayın.</li>
		<li>Bekle komutunu ekleyin ve Süreyi 1800 s'ye ayarlayın.</li>
		<li>Ölçüm Döngüsel ve Lineer Süpürme Voltammetry LSV Merdiven komutu ekleyin. Başlangıç Potansiyelini 0,6 V'a, Stop Potasını 0,9 V'a, Tbmyi 0,4 mV/s'ye ve Step'i 0,244 mV'ye ayarlayın.</li>
		<li>Yinele komutunu ekleyin. Çalışma alanında adım 4.1.4 (ilk Bekle komutu) 4.1.7 (son LSV Merdiven komutu) için komutları seçin; simgeleri sürükleyin ve Tekrar kutusuna bırakın. Özellikler'de tekrar sayısı 20'ye kadardır.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Oynat düğmesini tıklatarak hücre başlatma işlemini başlatın.</li>
	<li>2 saat sonra, akım 0,6 V'da sabitse Durdur düğmesine basarak programı durdurun. Akım hala değişiyorsa, program sona erene kadar çalışmasına izin verin.</li>
</ol>5. Galvanostatik elektrokimyasal empedans spektroskopi deneyi
<ol><li>Autolab NOVA 2.0 yazılımını başlatın.<ol>
<li>Yazılımın Eylem bölümünde Yeni Yordam'ı seçin; yordam düzenleme sayfası açılır.</li>
		<li>Komut'ta Autolab Denetimi simgesine tıklayın; Autolab Denetimi simgesini çalışma alanı bölümüne sürükleyin ve bırakın. Daha sonra, Özellikler'de Galvanostatik Üzerinde Modu'nuseçin.</li>
		<li>Hücre On komutunu ekleyin.</li>
		<li>LSV Merdiven komutunu ekleyin. Özellikler'de Başlangıç Akımı0 A olarak ayarlanır, seçilen sabit durum akımı Stop Currentiçin, 0,005 A/s ve Adım 0,01 A için Scan Oranı.</li>
		<li>Kayıt Sinyali komutunu ekleyin; özellikler de Süreyi 7200'lere, Aralıklı Örnekleme Süresini 0,1 s olarak ayarlar.</li>
		<li>FRA ölçüm komut penceresini ekleyin. Özellikler'de ilk uygulanan frekansı 1000 Hz, Son uygulanan frekans 0,01 Hz ve on yılda frekans sayısı 5 olarak ayarlanır. Genlik'i sabit durum akımının %5'ine ayarlayın.</li>
		<li>Hücre Kapatma komutunu ekleyin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Play butonuna basarak hücre galvanostatik EIS programını başlatın.</li>
	<li>Kayıt penceresindeki değişikliği gözlemleyerek hücre potansiyel değerinin sabitlenmesine kadar bekleyin. Ardından EIS denemesini başlatmak için İleri düğmesine tıklayın.</li>
	<li>Deneme sırasında sistemin kararlılığını kontrol edin ve program sonlandırılana kadar bekleyin.</li>
</ol>6. Konsantrasyon-alternatif frekans yanıt deneyi
NOT: Aşağıdaki talimatlar galvanostatik koşullar altında cFRA deneyleri yapmak için prosedürü açıklar. Ancak, voltastatik koşullar altında cFRA deneyleri yaparken, yazılımda galvanostatik kontrolün potentiostatik kontrole ayarlanması ve belirli bir hücre potansiyelinin akım yerine sabit bir durum olarak sabit lenmesi dışında işlem farklı olmaz.
<ol><li>Hızlı dinamik ölçümler için Pyro fiber oksijen sensörünü ayarlayın.<ol>
<li>Fiberin hassas kısmını koruyucu iğneden çıkarmak ve hücre girişindeki tüpün ortasına yerleştirmek için Pyro fiber oksijen sensörünün üst kısmındaki pistonu yavaşça aşağı doğru itin.</li>
		<li>Pyro yazılımını açın.</li>
		<li>Seçenekler e tıklayın | İleri ve Hızlı Örnekleme etkinleştir'iseçin.</li>
		<li>Örnekleme Aralığını 0,15 s olarak ayarlayın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Autolab NOVA 2.0 yazılımını kullanarak cFRA yordamını düzenleme.<ol>
<li>NOVA yazılımını açın ve Eylem bölümünde Yeni Yordam'ı seçin; yazılım düzenleme sayfası açılır.</li>
		<li>Komutlar'da Denetim simgesini seçin ve çalışma alanına ekleyin. Özellikler'de Galvanostatik Üzerinde Modu'nuseçin. Ardından Cell On komutunu seçin ve Denetim simgesinin yanına yerleştirin.</li>
		<li>Ölçüm Döngüsel ve Lineer Süpürme Voltammetry LSV Merdiven komutu ekleyin. Özellikler'de Başlangıç Akımını 0,0 A olarak ayarlar; cFRA deneyinin gerçekleştirilmesi gereken sabit durum akımı değerini durdur akımı olarak ayarlayın. Daha sonra 0.005 A/s'yi Tcan Rate olarak ve 0.01 A'yı adımolarak kullanın.</li>
		<li>İki Kayıt Sinyali komutu ekleyin; Özellikler'de Süreyi 7200 s'ye, Aralık örnekleme süresini 0,05 s'ye ayarlayın. Tekrar sayısı ölçülmesi gereken sinyal frekanslarının sayısına eşdeğer olmalıdır. NOT: İki kayıt sinyali penceresi aşağıdaki nedenlerle uygundur: bir kayıt penceresi periyodik çıkış sinyalinin geçici kısmını izlemek için kullanılırken, ikincisi periyodik çıkış sinyalinin sabit durum kısmını kaydetmek için kullanılır. Sinyalin sabit durum kısmı aktarım işlevi belirlemeleri için kullanılır.</li>
	</ol>
</li>
	<li>cFRA programını başlatmak için Oynat düğmesine basın.</li>
	<li>İlk yineleme kümesinde, hücre potansiyelinin kayıt penceresini gözlemleyerek sabit durum değerine ulaşıp ulaşmadın.</li>
	<li>İlave oksijen valfi açın ve doğrusal bir yanıt sağlamak için kütle akış denetleyicisini ana beslemenin toplam akış hızının değerinin %5'ine ayarlayın (örnek: toplam akış hızının 600 mL/dk'sı ile 30 mL/dk ayarlayın). Daha sonra valfin anahtarlama süresini 0,5 s. Başlangıç değerine ayarlayın. </li>
	<li>Kayıt penceresini izleyin ve hücre potansiyelinin periyodik olarak sabit bir duruma ulaşmasını bekleyin; sonra İleri düğmesine tıklayın.</li>
	<li>60 s için yeni kayıt penceresinde periyodik sabit durum sinyali kaydedin. Ardından, İleri düğmesine tekrar tıklayın.</li>
	<li>Aynı anda önceki adım 6.7 ile, periyodik oksijen girişi kaydedin. Sensör yazılımında Başlat düğmesini seçin, frekans girişini andıran bir ad ekleyin (örnek: 1 Hz) ve Tamam'atıklayın. Sinyali geçerli çıkış örneğinde olduğu gibi 60 s'ye kaydedin ve Durdur düğmesine basın.</li>
	<li>8-1000 mHz arasında bir frekans aralığı için periyodik giriş/çıkış korelasyonlarını ölçmek için anahtarlama süresi değerlerini artırarak önceki adımları 6.6-6.8'i yılda 8 frekans puanı alarak tekrarlayın. 100 mHz'den yüksek frekanstaki deneyler için giriş ve çıktıyı 60 s için kaydedin. Daha düşük frekanslarda, sinyalleri 5 döneme eşdeğer bir zaman aralığı için örnekalın.</li>
</ol>7. CFRA verilerinin analizi
<ol><li>Autolab NOVA 2.0 yazılımından ölçülen hücre potansiyel yanıtlarını dışa aktarın.<ol>
<li>Kayıt penceresinde ölçülen periyodik sabit durum hücre potansiyel çıkışı ile diyagramı tıklatın.</li>
		<li>Verileri Göster'e tıklayın | Anahtar | Dışa aktarma düğmeleri. Giriş sıklığını anons eden bir dosya adı ekleyin (Örnek: 1 Hz) ve Kaydet'etıklayın.</li>
		<li>Her frekansta ölçülen her hücre potansiyel çıktısı için 7.1.1-7.1.2 adımlarını tekrarlayın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Matlab komut FFT_input ve FFT_output.mat'ıaçın. Adres Klasörü bölümüne ölçülen oksijen basıncının ve geçerli veri dosyalarının depolandığı klasörün konumunun teknik özelliklerini ekleyin. NOT: Komut dosyası, toplanan girdilerin pencerelemesini gerçekleştirmek amacıyla, analiz etmek ve Fourier dönüşümlerini doğru ve hızlı bir şekilde hesaplamak için bir tamsayı periyodik döngüleri elde etmek amacıyla yazılmıştır. Aynı görevi gerçekleştiren diğer yordamlar sonuçları değiştirmez.</li>
	<li>FFT_PO2.mat ve FFT_Pot.mat komut dosyalarını çalıştırın; hesaplanan algoritma düzgün çalışıp çalışmadığı çizilen diyagramları kontrol edin (zaman etki alanında, orijinal giriş ve çıktı örneklerinden tamsayı giriş ve çıkış döngüleri çıkarılmalıdır). DİkKAT: Tamsayı olmayan periyodik döngü sayısına dayanan Fourier dönüşümü, girdi ve çıktıların yanıltıcı analizine neden olabilir ve bu da yanlış cFRA spektrumları ile sonuçlanabilir.</li>
	<li>Matlab komut dosyasını cFRA_spectra.mat'ı açın ve çalıştırın. Galvanostatik koşullar altında cFRA transfer fonksiyonunun büyüklüğü, faz açısı ve Nyquist spektrumları çizilir. NOT: Komut dosyası, aşağıdaki denklemi kullanarak oksijen basıncının (girdiler) ve hücre potansiyeli (çıkışları) sinyalinin temel frekansında Fourier dönüştürme değerlerini kullanarak cFRA transfer işlevini hesaplar. <img src="/files/ftp_upload/60129/60129eq1.jpg">
</li>
</ol>

<ol><li>Yuan, X., Wang, H., Sun, J. C., Zhang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AC+impedance+technique+in+PEM+fuel+cell+diagnosis+-+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">AC impedance technique in PEM fuel cell diagnosis - a review.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 32 (7), 4365-4380 (2007).</li>
<li>Niya, S. M. R., Hoorfar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+proton+exchange+membrane+fuel+cells+using+electrochemical+impedance+spectroscopy+technique+-+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Study of proton exchange membrane fuel cells using electrochemical impedance spectroscopy technique - a review.</a> Journal of Power Sources. 240 (8), 281-293 (2013).</li>
<li>Niroumand, A. M., Merida, W., Eikerling, M., Safi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pressure+voltage+oscillations+as+diagnostic+tool+for+PEFC+cathode%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochemistry+Communications%22%5BJournal%5D)">Pressure voltage oscillations as diagnostic tool for PEFC cathode.</a> Electrochemistry Communications. 12 (1), 122-124 (2010).</li>
<li>Engebretsen, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electro-thermal+impedance+spectroscopy+applied+to+an+open-cathode+polymer+electrolyte+fuel+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Electro-thermal impedance spectroscopy applied to an open-cathode polymer electrolyte fuel cell.</a> Journal of Power Sources. 302, 210-214 (2014).</li>
<li>Engebretsen, E., Mason, T. J., Shearing, P. R., Hinds, G., Brett, D. J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+pressure+impedance+spectroscopy+applied+to+the+study+of+polymer+electrolyte+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochemistry+Communications%22%5BJournal%5D)">Electrochemical pressure impedance spectroscopy applied to the study of polymer electrolyte fuel cells.</a> Electrochemistry Communications. 75, 60-63 (2016).</li>
<li>Sorrentino, A., Vidaković-Koch, T., Hanke-Rauschenbach, R., Sundmacher, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concentration+frequency+response+analysis%3A+A+new+method+for+studying+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cell+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Concentration frequency response analysis: A new method for studying polymer electrolyte membrane fuel cell dynamics.</a> Electrochimica Acta. 243, 53-64 (2017).</li>
<li>Sorrentino, A., Vidaković-Koch, T., Sundmacher, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studying+mass+transport+dynamics+in+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells+using+concentration-alternating+frequency+response+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Studying mass transport dynamics in polymer electrolyte membrane fuel cells using concentration-alternating frequency response analysis.</a> Journal of Power Sources. 412, 331-335 (2019).</li>
<li>Pivac, I., Barbir, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inductive+phenomena+at+low+frequencies+in+impedance+spectra+of+proton+exchange+membrane+fuel+cells-A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Inductive phenomena at low frequencies in impedance spectra of proton exchange membrane fuel cells-A review.</a> Journal of Power Sources. 326, 112-119 (2016).</li>
<li>Benziger, J., Chia, J. E., Kimbal, E., Kevrekidis, I. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reaction+Dynamics+in+a+Parallel+Flow+Channel+PEM+Fuel+Cell%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Reaction Dynamics in a Parallel Flow Channel PEM Fuel Cell.</a> Journal of Electrochemical Society. 154, B835-B844 (2007).</li>
<li>Rannow, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Achieving+Efficient+Control+of+Hydraulic+Systems+Using+On%2FOff+Valves%5BTitle%5D)+AND+%22Doctoral+Dissertation%22%5BJournal%5D)">Achieving Efficient Control of Hydraulic Systems Using On/Off Valves.</a> Doctoral Dissertation. , University of Minnesota. (2016).</li>
</ol>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Klasik EIS'nin aksine cFRA, yakıt hücresinde meydana gelen farklı kütle taşıma olayları ile ilgili dinamiklerin karakterizasyonuna odaklanan bir tanı aracıdır. Örneğin çift tabaka6'nınşarj edilmesi/boşaltılaması gibi elektrottaki oksijen difüzyonunun altında zaman sabiti olan geçici leri tespit etamaz. Bu nedenle, çeşitli fenomenlerin birleştiği EIS'nin aksine, cFRA belirli dinamiklere ilişkin kalıpları daha net bir şekilde belirlemeye yardımcı olabilir. Bu, tahmin kalitesini artıran farklı parame...

Bir PEM yakıt hücresinin dinamik davranışını karakterize etmek, hücrenin performansını düşüren geçici operasyonel durumlara hangi mekanizmaların hakim olduğunu anlamak için önemlidir. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) pem yakıt hücresi dinamikleri incelemek için en yaygın kullanılan metodoloji, genel dinamik performansafarklısüreç katkıları ayırmak için yeteneği nedeniyle 1,2. Ancak, benzer zaman sabitleri ile geçici süreçler genellikle onları yorumlamak zor hale EIS spektrumları birleştiğinde. Bu nedenle, geçmişte geçici tanı araçları birkaç veya bireysel dinamiklerin etkisini tespit etmek amacıyla elektrik dışı girdilerin uygulanmasına dayalı geliştirilmiş ve önerilen3,4,5,6,7.
Grubumuzda konsantrasyon pertürbasyon girdisi ve konsantrasyon-alternatif frekans tepki analizi (cFRA) adı verilen elektriksel çıkışlara dayalı yeni bir frekans yanıt tekniği geliştirilmiştir. Seçici bir tanı aracı olarak cFRA potansiyeli teorik ve deneysel olarak araştırılmıştır6,7. CFRA'nın farklı kütle taşıma fenomenlerini ayırabildiği ve hücrenin farklı çalışma durumları arasında ayrım yaptığı bulunmuştur. Bu protokolde, cFRA deneyleri yapmak için prosedürün adım adım açıklamasına odaklanıyoruz. Hücrenin biraraya getirilmesi, kondisyonlanması ve periyodik konsantrasyon pertürbasyonu ile bir besleme oluşturmak için deneysel kurulum, hem de veri analizi ayrıntılı olarak gösterilecek ve tartışılır. Son olarak, prosedürün en kritik noktaları vurgulanacak ve cFRA spektrumlarının kalitesini ve seçiciliğini artırmak için çeşitli stratejiler saptanacaktır.

<table><tbody><tr><td>Membran Elektrot Montajı N115 25,8 cm2</td><td>QuinTech</td><td>EC-NM-115</td><td>katot/anot yerleşimi: 1mg Pt/cm2</td></tr><tr><td>Potansiyostat</td><td>Metrhohm</td><td>PGSTAT302N</td><td></td></tr><tr><td>Güçlendirici</td><td>Metrohm</td><td>BOOSTER20A</td><td></td></tr><tr><td>Geri çekilebilir fiber oksijen sensörü</td><td>Pyro Science</td><td>OXR430-UHS</td><td></td></tr><tr><td>Çiy Noktası ve Sıcaklık Ölçer</td><td>VAISALA</td><td>DMT340</td><td></td></tr><tr><td>Yazılım proses kontrol sistemi</td><td>Siemens</td><td>Simatic PCS 7</td><td></td></tr><tr><td>Yazılım MATLAB2012a</td><td>Mathworks</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hidrojen Linde</td><td>Hidrojen 6.0</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Azot</td><td>Linde</td><td>Azot 5.0</td><td></td></tr><tr><td>Oksijen</td><td>Linde</td><td>Oksijen 5.0</td><td></td></tr></tbody></table>

yakıt hücrelerinin konsantrasyon alternatif frekans yanıt analizi kılavuzu

A Guide to Concentration Alternating Frequency Response Analysis of Fuel Cells

Proton-değişim membranı (PEM) yakıt hücrelerinde konsantrasyon-alternatif frekans tepki analizi (cFRA) yapmak için oksijenin periyodik konsantrasyon girdisi perturbasyonu oluşturma yeteneğine sahip deneysel bir kurulum kullanılmıştır. CFRA deneyleri sırasında, modüle edilmiş konsantrasyon beslemesi farklı frekanslarda hücrenin katoda gönderildi. Hücre üzerinde uygulanan kontrole bağlı olarak hücre potansiyeli veya akım olan elektrik tepkisi, frekans tepki aktarım fonksiyonu formüle etmek için kaydedildi. Geleneksel elektrokimyasal empedans spektroskopisinden (EIS) farklı cFRA metodolojisi, farklı kütle taşıma olaylarının katkısını kinetik yük aktarım süreçlerinden ayırabilmek için frekans tepki spektrumları hücre. Ayrıca, cFRA katot değişen nemlenme durumları arasında ayrım yapabiliyor. Bu protokolde, cFRA deneyleri gerçekleştirmek için prosedürün ayrıntılı açıklaması üzerinde duruluyor. Ölçümlerin en kritik adımları ve teknikte gelecekteki iyileştirmeler tartışılmıştır.

EIS spektrumuna dayalı yakıt hücresi dinamiğinin ön analizi Şekil 2'degösterilmiştir. EIS büyüklüğü (Şekil 2A) ve faz Bode çizimleri (Şekil 2B) spektrumları galvanostatik kontrol altında üç farklı sabit durum akım yoğunluğunda ölçülür. Beklendiği gibi, tüm ana geçici süreçler gözlenir: yüksek frekans aralığında çift katmanlı şarj / deşarj, 1 Hz ve 100 mHz arasındaki ...

Yakıt hücrelerinin konsantrasyon alternatif frekans tepki analizi için bir protokol sıyoruz, yakıt hücresi dinamiklerini incelemek için umut verici yeni bir yöntem.

Yakıt Hücrelerinin Konsantrasyon Alternatif Frekans Yanıt Analizi Kılavuzu

An experimental setup capable of generating a periodic concentration input perturbation of oxygen was used to perform concentration-alternating frequency ...

Yakıt hücreleri gelecekte önemli bir rol oynayacak. Protokolümüz, bu cihazların bozulma, su baskını veya zehirlenme gibi önemli arıza durumlarını teşhis etmek için yeni bir yöntem tanımlamaktadır. Örneğin elektrokimyasal empedans spektroskopisi gibi diğer tekniklerden farklı olarak, bu metodoloji polimer yakıt hücresi performansları üzerinde belirli dinamiklerin etkisini ayırmak için daha az belirsiz bir hata tanımlamasını kolaylaştırmak için kullanılabilir.Prosedür, laboratuvarımdaki yüksek lisans öğrencisi Tobias Franz tarafından kanıtlanacak. Yakıt hücresi montajı için katot bipolar plakayı akış alanı yan tarafı yukarı olan pürüzsüz ve sağlam bir yüzeye yerleştirin ve contayı vida delikleriyle hizalanmış plakanın üzerine yerleştirin. Contanın ortasına katot gazı difüzyon tabakası yerleştirin ve vida delikleri ile hizalanmış katalizör kaplı membran üst ekleyin.Anodu gazı difüzyon tabakasını ve contayı katalizör kaplı membranın üzerine yerleştirin ve contanın vida delikleriyle hizalandığından emin olun. Anod bipolar plaka akış alanı tarafını contanın üstüne yerleştirin ve parçaları vidalarla birlikte düzeltin. Daha sonra, katot paslanmaz çelik uç plakayı pürüzsüz ve sağlam bir yüzeye yerleştirin ve teflon dikdörtgen bir parça ve her iki parçayı cıvata delikleriyle hizalayan teflon'un üzerine bakır akım toplayıcısı yerleştirin.Birleştirilmiş hücre ünitesinin katot tarafını akış alanlarındaki çentikleri dikkate alarak katot akım toplayıcısına saksı. Ünitenin anodu tarafını anod akım kolektörünün üzerine yerleştirin ve üzerine anot paslanmaz çelik uç plakası ile konumlandırılmış Teflon contaları yerleştirin. Yalıtım kollarını, O-halkasını ve cıvataları anodu uç plakasının deliklerine yerleştirin, hücreyi dikey çevirin ve yalıtım kollarını, O-halkasını ve somunları ünitenin katot tarafındaki cıvatalara yerleştirin.Daha sonra, beş Newton metrelik önerilen tork değerine ulaşılıncaya kadar cıvataları çapraz olarak sıkmak için bir tork anahtarı kullanın ve torku çapraz yol başına bir Newton metre artırın. Yakıt hücresinin çevre ile entegrasyonu için, yakıt hücresi ünitesini bir ısıtma kutusuna yerleştirin ve giriş ve çıkışları çevreye bağlayın. Termokupl'u katot uç plakasına takın ve yakıt hücresini elektrot konfigürasyonuna kadar potansiyostat ile aralayın.Hücre çevresini kontrol etmek ve anod ve katot giriş gaz akış hızlarının değerlerini seçmek için kullanılan yazılımı başlatın. Giriş gazlarının sıcaklığını seçin. Isıtma bantlarını açın ve ayar noktası sıcaklığına ulaşılana kadar bekleyin.Giriş gazlarının istenilen çiy noktası sıcaklığını tanımlamak ve termostatları açmak için termostatların sıcaklıklarını ayarlayın. Yakıt hücresinin seçilen sıcaklığını ısıtma kutusunun kontrol paneline ayarlayın ve ısıtmayı açın. Yakıt hücresinin ayar noktası sıcaklığına ulaşıldığında, giriş gazlarının nemlendirme durumunu kontrol edin ve yakıt hücresi açık devre hücresi potansiyelini kontrol edin.Bir konsantrasyon alternatif frekans tepki deneyi gerçekleştirmek için, lif oksijen sensörünün üst kısmının pistonuna hafifçe bastırarak lifin hassas kısmını ortaya çıkarın. Sonra hücre girişinde tüp merkezine lif yerleştirin. Sensör yazılımını açın ve bir hertz periyodukadar periyodik sinyalin algılanmasını sağlamak için örnekleme aralığını 0,15 saniyeye ayarlayın.Konsantrasyon alternatif frekans tepki analizi prosedürünü ve eylem bölümünde yeni yordamı seçmek için elektrokimya yazılımını açın. Komutlarda denetim simgesini seçin ve simgeyi çalışma alanına ekleyin. Özelliklerde, galvanostatik modunu seçin ve komut üzerindeki hücre komutu denetim simgesinin yanına yerleştirin.Ölçüm döngüsel ve lineer süpürme voltammetrisinden doğrusal süpürme voltammetrisi merdiven komutunu ekleyin. Özelliklerde, başlangıç akımını 0,0 amper ve dur akım değerini sabit duruma ayarlayın. Tbmm hızını saniyede 0,005 amper ve adımı 0,1 amper olarak ayarlayın.İki kayıt sinyali komutu ekleyin. Özelliklerde, süreyi 7, 200 saniyeye, aralık örnekleme süresini ise her iki komut için 0,5 saniyeye ayarlayın. İlk kayıt penceresi, çıkış sinyalinin periyodik sabit durum koşullarına nasıl yaklaştığını izlemek için kullanılırken, ikincisi analiz edilen sabit durum periyodik çıkış sinyalini kaydetmektir.Aynı adımı 20 kez tekrarlanacak şekilde ayarlamak için bir yineleme komutu ekleyin. Konsantrasyon alternatif frekans yanıt programını başlatmak için play tuşuna basın. İlk yineleme kümesinde, hücre potansiyelinin sabit durum değerine ulaşıp ulaşmamasını denetlemek için kayıt penceresini izleyin.Doğrusal bir yanıt sağlamak için, ek oksijen valfini açın ve kütle akış denetleyicisini ana beslemenin toplam akış hızının değerinin %5'ine ayarlayın. Valfin anahtarlama süresini 0,5 saniyelik başlangıç değerine ayarlayın ve başlat'ı tıklatın. Ardından, hücre potansiyelinin sonraki tıklatmadan önce izleme penceresinde periyodik olarak sabit bir duruma ulaşmasını bekleyin.Potansiyelin yarı sabit durum koşullarında örnekalınması, sürüklenen sinyalin varlığı yanıltıcı sonuçlara yol açabileceğinden, artifaktan arınma spektrumları elde etmek için gereklidir. Yeni kayıt penceresinde ki periyodik sabit durum sinyalini 60 saniye boyunca kaydedin ve sonrakini yeniden tıklatın. Aynı zamanda, periyodik oksijen girişi kayıt ve sensör yazılımı başlat'a tıklayın.Frekans girişini andıran bir ad girin ve Tamam'ı tıklatın. Ardından sinyali 60 saniye kaydedin ve dur'a tıklayın. Önceki adımları yineleyerek, on yılda sekiz frekans puanı elde ederken sekiz ila 1,000 mikrohertz arasında bir frekans aralığında bir dönem ile sinyaller için periyodik giriş/çıkış korelasyonları ölçün. 100 mikrohertz'den daha düşük frekanslarda, sinyalleri beş döneme eşdeğer bir zaman aralığı için örnekalın.Konsantrasyon-alternatif frekans yanıt verilerini analiz etmek için MATLAB komut FFT_input açın. paspas ve FFT_output.mat. Adres klasörüne, ölçülen oksijen basıncının ve geçerli veri dosyalarının depolandığı klasörün konumunun teknik özelliklerini ekleyin.FFT_po2 çalıştırın. mat ve FFT_pot. mat komut dosyaları ve hesaplanan algoritma düzgün çalışıp çalışmadığını belirlemek için çizilmiş diyagramları kontrol edin.Sonra açın ve MATLAB komut dosyası cfra_spectra çalıştırın.mat. Galvanostatik koşullar altında konsantrasyon-alternatif frekans tepki analizi transfer fonksiyonunun büyüklüğü, faz açısı ve Nyquist spektrumları çizilecektir. Bu temsili analizde, elektrokimyasal empedans spektroskopisi büyüklüğü ve faz bode plot spektrumları ilk olarak galvanostatik kontrol altında üç farklı sabit hal akım yoğunluğunda ölçüldü.Burada iki farklı frekansta örnek periyodik oksijen basıncı girişleri ve bunların Fourier dönüşümleri gözlemlenebilir. Harmoniklerin büyüklükleri temel harmonik ile ilgili olarak normalleştirildi ve 49 mikrohertz frekansındaki basınç girişi sinüzoidal bir şekil ile karakterize edildi. Daha düşük bir frekanstaki basınç girişi periyodik kare dalga şekline benziyordu ve ilgili normalleştirilmiş Fourier dönüşümü, temel olana göre birden fazla tek tamsayı frekansında azalan harmonik bileşenler sunan kare dalga sinyalinin kini mükemmel bir şekilde yansıtıyordu.Hücre potansiyel yanıtları aynı özellikleri sundu. Periyodik döngülerin tamsayı olmayan bir sayıda gerçekleştirilen giriş ve çıktının spektral analizinin, spektral sızıntının etkisiyle yanıltıcı sonuçlara yol açabileceğini unutmayın. Bu durumda, sinyal temel frekansta daha ifade edilen bir gürültü bant genişliği ile karakterizedir.Ayrıca, büyüklüğü düzgün işlenmiş sinyalin yaklaşık% 90'dır. Spektral sızıntıyı önlemek için analiz edilen herhangi bir sinyale bir pencereleme prosedürü uygulanmalıdır. Burada elektrokimyasal empedans spektroskopi spektrtrasında olduğu gibi aynı sabit durum koşullarında voltastatik ve galvanostatik koşullar altında ölçülen konsantrasyon-alternatif frekans tepki analizi spektrumları gösterilmiştir.Yüksek frekanslı bölgede gözlendiği gibi, hem voltastatik hem de galvanostatik konsantrasyon-alternatif frekans tepki analizi spektrumları çift katmanlı şarj/deşarj dinamiklerine karşı hassasiyet göstermez. CFRA spektrumları sadece kütle taşıma fenomenlerine bağlı geçici dir. Değerlendirilen spektrumlara istenmeyen katkılardan kaçınmak için, yarı sabit durum koşulları altında hücre potansiyelini ölçün ve sinyal-gürültü oranını artırmak için yeterli sayıda periyot numune alın.Bu nedenle tanıya ek olarak, elektrokimyasal yakıt hücrelerinin ve reaktörlerin periyodik koşullar altında çalışması, enerji dönüşüm verimliliğini ve elektrokimyasal proseslerin ürün seçiciliğini etkilemek için ek olanaklar getirmektedir.

a-guide-to-concentration-alternating-frequency-response-analysis-fuel

Research

JoVE Journal

Environment

Çevre

Biz birden karakterizasyon teknikleri eş zamanlı performans (tanır katı oksit yakıt hücreleri (SOFCs), elektrotların yüzeyi tanımlamak için benzersiz bir platform...

Katı Oksit Yakıt Hücreleri Elektrot Yüzeyler Sondalama ve Haritalama

Ulaşım yakıtların oksidasyon stabilitesi gelecekteki yakıt gelişimi için bir endişe haline gelmiştir. Bu çalışma iki farklı reaktör kullanılarak yakıt stabilitesini değerlendirmek için IFP Enerjileri Nouvelles tarafından geliştirilen özgün bir metodoloji sunar. Bu metodoloji başarıyla oksidasyon kinetiği ve model moleküllerinin ve ticari yakıtların yollarının derinlemesine bir anlayış kazanmak için uygulandı.

Ulaşım Yakıt İstikrar Değerlendirme Orijinal Deneysel Yaklaşım

Yakıt açısından zengin bir model yanma egzozu oluşturmak için bir protokol, yanma karakterizasyonu yoluyla geliştirilir ve mikro boru şeklindeki alev destekli yakıt hücresi testi ve araştırması için uygulanır.

yanma Karakterizasyonu ve Model Yakıt Kalkınma Micro-tübüler Alev destekli Yakıt Hücreleri

Bu elektrokimyasal bir simetrik sulu olmayan organik redoks akışlı batarya değerlendirmek ve FTIR kullanılarak şarj durumunu teşhis etmek için protokoller mevcut.

Elektrokimyasal Değerlendirmeleri ve Simetrik Organik Redoks Akış Pil Şarj Diagnostics Devlet için Protokol

Hazırlama ve Pt/C yakıt hücresi katalizörler test tekrarlanabilirlik ve en iyi uygulama ile ilgili bilimsel toplumda sürekli tartışma tabidir. Sunulan çalışma ile yapmak ve roman katalizör sistemleri için kriter olarak hizmet verebilir Pt/C katalizörler sınamak için bir adım adım öğretici sunmak niyetinde.

Hazırlık ve ince Film dönen Disk elektrot yöntemi kullanarak yakıt hücresi katalizörler test

Burada, biz sentezi için bir iletişim kuralı mevcut ve elektrokimyasal test geçiş metalleri tek atomlarının grafen boş seçici karbon dioksit azaltılması için sulu çözümler karbon monoksit için etkin merkezleri olarak koordine.

Sentez ve elektrokimyasal CO2 azaltılması için geçiş metalleri tek Atom katalizör performans karakterizasyonu

İzleme seviyelerinde havadan gelen kirleticilerin katot zehirlenmesi, yüksek sıcaklıklı elektrokimyasal sistemlerin uzun vadeli stabilitesi için önemli bir önem taşımaktadır. Elektrokimyasal olarak aktif yığın alanına girmeden önce hava kirleticileri yüksek sıcaklıkta yakalayan alıcı kullanarak katot degradasyonları hafifletmek için yeni bir yöntem sağlıyoruz.

Solid oksit yakıt hücresi güç sistemleri için Chromium Getterlerin geliştirilmesi ve doğrulanması

Burada sunulan yöntem, HSPC'lerin hücre dışı asitlenme hızını (ECAR) ve oksijen tüketim hızını (OCR) gerçek zamanlı olarak ölçmek için hücre dışı akı analizörünü kullanarak yapışkan olmayan fare hematopoetik kök ve ilkel progenitör hücrelerinde (HSPC'ler) hücresel biyoenerjetik değerlendirme için optimize edilmiş protokolleri özetlemektedir.

Hücre Dışı Akı Analizörü Kullanılarak Fare Hematopoetik Kök ve İlkel Progenitör Hücrelerinde Hücresel Biyoenerjetik Verilerin Değerlendirilmesi

Bu protokol, Au-elektrolizle kaplanmış karbon fiber kumaş ve Ni-köpük elektrotları kullanan hidrojen peroksit yakıt hücreleri için yenilikçi üç boyutlu elektrotların tasarımını ve değerlendirmesini sunar. Araştırma bulguları, hidrojen peroksitin sürdürülebilir enerji teknolojileri için umut verici bir aday olma potansiyelini vurgulamaktadır.

Gelecek Vaat Eden Bir Temiz Enerji Kaynağı Olarak Membransız Hidrojen Peroksit Yakıt Hücreleri

Bu protokol, güneş enerjisi kullanılarak karbondioksit ve sudan yeşil yakıt üretimi için MXene destekli CuZn ve NiCo bi-metalik elektrokatalizörlerin üretimine ve elektrokimyasal analizine rehberlik eder.

Ti3C2Tx MXene Destekli CuZn ve NiCo Katalizörleri KullanılarakCO2 ve Sudan Güneş Enerjili Elektrokimyasal Yeşil Yakıt Üretimi

Öğrenin, polimer yakıt hücrelerinde bozulma, su baskını ve zehirlenme gibi arıza durumlarını teşhis etmek için konsantrasyon alternatif frekans yanıt analizi yöntemini. Bu protokol belirsizliği azaltarak net hata tanımlaması sağlar.

Yakıt Hücrelerinin Konsantrasyon Alternatif Frekans Yanıt Analizi Kılavuzu

Daha fazla video keşfet