دليل للتركيز بالتناوب تحليل استجابه التردد من خلايا الوقود
Summary
نقدم بروتوكولا للتركيز بالتناوب تحليل استجابه الترددات من خلايا الوقود ، طريقه جديده واعده لدراسة ديناميات خلايا الوقود.
Abstract
وقد استخدم الاعداد التجريبي القادر علي توليد التركيز الدوري لإدخال اضطرابات الأكسجين لاجراء تحليل لاستجابه التردد بالتناوب علي التركيز (cFRA) علي خلايا وقود غشاء التبادل البروتون (بم). خلال التجارب cFRA ، تم إرسال تغذيه تركيز التضمين إلى الكاثود من الخلية في ترددات مختلفه. وقد سجلت الاستجابة الكهربائية ، التي يمكن ان تكون امكانيه الخلية أو الحالية اعتمادا علي السيطرة المطبقة علي الخلية ، من أجل صياغة وظيفة نقل استجابه التردد. علي عكس الطيفية مقاومه الكهروكيميائية التقليدية (EIS) ، ومنهجيه cFRA الرواية يجعل من الممكن لفصل مساهمه مختلف الظواهر النقل الجماعي من عمليات نقل الشحنات الحركية في أطياف استجابه التردد من الخلية. وعلاوة علي ذلك ، فان الشركة قادره علي التفريق بين مختلف حالات الترطيب في الكاثود. وفي هذا البروتوكول ، ينصب التركيز علي الوصف المفصل للاجراء المتبع في اجراء تجارب المركز. وتناقش الخطوات الأكثر اهميه في القياسات والتحسينات المستقبلية لهذه التقنية.
Introduction
ومن المهم توصيف السلوك الدينامي لخليه وقود بيم من أجل فهم أليات التي تهيمن علي الولايات العملياتية العابرة التي تخفض أداء الخلية. الطيفية المقاومة الكهروكيميائية (EIS) هي المنهجية الأكثر استخداما لدراسة ديناميات خلايا الوقود بيم ، وذلك بسبب قدرتها علي فصل المساهمات عمليه مختلفه للأداء الديناميكي العام1،2. ومع ذلك ، غالبا ما تقترن العمليات عابره مع ثوابت الوقت مماثله في أطياف EIS ، مما يجعل من الصعب تفسيرها. ولهذا السبب ، وضعت في الماضي أدوات تشخيصيه عابره تستند إلى تطبيق المدخلات غير الكهربائية بهدف الكشف عن اثر بعض الديناميات أو الفردية واقترحت3و4و5و6و7.
وقد تم تطوير تقنيه استجابه التردد الجديدة استنادا إلى مدخلات الاضطراب التركيز والمخرجات الكهربائية المسمية التركيز-بالتناوب تردد تحليل الاستجابة (cFRA) في مجموعتنا. وقد تم التحقيق المحتملة من cfra كاداه تشخيصيه انتقائية نظريا وتجريبيا6,7. ووجد ان المركز يمكن ان يفصل بين مختلف أنواع ظواهر النقل الجماعي وان يميز بين مختلف ولايات تشغيل الخلية. في هذا البروتوكول ، ونحن نركز علي وصف خطوه بخطوه لاجراء لتنفيذ تجارب cFRA. تجميع الخلية ، وتكييفها والاعداد التجريبي لخلق تغذيه مع الاضطراب التركيز الدوري ، وكذلك تحليل البيانات سيتم عرض ومناقشتها بالتفصيل. وأخيرا ، سيتم تسليط الضوء علي أهم نقاط الاجراء سيتم التركيز علي العديد من الاستراتيجيات لتحسين نوعيه وانتقائية أطياف المركز.
Protocol
Representative Results
Discussion
علي النقيض من EIS الكلاسيكية ، cFRA هي أداه تشخيصيه تركز علي توصيف الديناميكيات المتعلقة بمختلف ظواهر النقل الجماعي التي تحدث في خليه الوقود. هو ليس يمكن ان يكتشف اي عابرات يتلقى ثابته وقت تحت الأكسجين انتشار في القطب, بما ان مثلا ال يشحن/يفرغ من الطبقة مزدوجة6. التالي ، وعلي عكس EIS…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وساعد معهد ماكس بلانك لديناميات النظم التقنية المعقدة في الوفاء بتكاليف نشر هذه المادة.
Materials
| 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 |
References
- Yuan, X., Wang, H., Sun, J. C., Zhang, J. AC impedance technique in PEM fuel cell diagnosis – a review. International Journal of Hydrogen Energy. 32 (7), 4365-4380 (2007).
- Niya, S. M. R., Hoorfar, M. Study of proton exchange membrane fuel cells using electrochemical impedance spectroscopy technique – a review. Journal of Power Sources. 240 (8), 281-293 (2013).
- Niroumand, A. M., Merida, W., Eikerling, M., Safi, M. Pressure voltage oscillations as diagnostic tool for PEFC cathode. Electrochemistry Communications. 12 (1), 122-124 (2010).
- Engebretsen, E., et al. Electro-thermal impedance spectroscopy applied to an open-cathode polymer electrolyte fuel cell. Journal of Power Sources. 302, 210-214 (2014).
- Engebretsen, E., Mason, T. J., Shearing, P. R., Hinds, G., Brett, D. J. L. Electrochemical pressure impedance spectroscopy applied to the study of polymer electrolyte fuel cells. Electrochemistry Communications. 75, 60-63 (2016).
- Sorrentino, A., Vidaković-Koch, T., Hanke-Rauschenbach, R., Sundmacher, K. Concentration frequency response analysis: A new method for studying polymer electrolyte membrane fuel cell dynamics. Electrochimica Acta. 243, 53-64 (2017).
- Sorrentino, A., Vidaković-Koch, T., Sundmacher, K. Studying mass transport dynamics in polymer electrolyte membrane fuel cells using concentration-alternating frequency response analysis. Journal of Power Sources. 412, 331-335 (2019).
- Pivac, I., Barbir, F. Inductive phenomena at low frequencies in impedance spectra of proton exchange membrane fuel cells-A review. Journal of Power Sources. 326, 112-119 (2016).
- Benziger, J., Chia, J. E., Kimbal, E., Kevrekidis, I. G. Reaction Dynamics in a Parallel Flow Channel PEM Fuel Cell. Journal of Electrochemical Society. 154, B835-B844 (2007).
- Rannow, M. B. Achieving Efficient Control of Hydraulic Systems Using On/Off Valves. Doctoral Dissertation. , (2016).
