燃料电池浓度交替频率响应分析指南
Summary
提出了燃料电池浓度交替频率响应分析方案，是研究燃料电池动力学的一种有前途的新方法。
Abstract
利用一种能够产生氧气周期性浓度输入扰动的实验装置，对质子交换膜（PEM）燃料电池进行浓度-交替频率响应分析（cFRA）。在cFRA实验中，调制的浓度馈送以不同频率发送到细胞的阴极。电响应，可以是电池电位或电流，具体取决于在细胞上施加的控制，注册以形成频率响应传输功能。与传统的电化学阻抗光谱 （EIS） 不同，新型 cFRA 方法将不同质量传输现象的贡献与频率响应光谱中的动量电荷传递过程区分开来。细胞。此外，cFRA 能够区分阴极的不同加湿状态。在此协议中，重点是执行 cFRA 实验的过程的详细说明。讨论了测量的最关键步骤以及该技术的未来改进。
Introduction
描述 PEM 燃料电池的动态行为非常重要，以便了解哪些机制主导了降低电池性能的瞬态操作状态。电化学阻抗光谱（EIS）是研究PEM燃料电池动力学最常用的方法，由于其能够分离不同的过程贡献，整体动态性能1，2。但是，具有相似时间常数的瞬态过程经常在 EIS 光谱中耦合，因此很难解释它们。为此，过去在应用非电输入的基础上，开发了瞬态诊断工具，以检测少数或个别动力学的影响，并提出了3、4、5、6、7。
我们组开发了一种基于浓度扰动输入和电输出的新型频率响应技术，名为浓度-交替频率响应分析（cFRA）。cFRA作为选择性诊断工具的潜力已被理论和实验研究6，7。研究发现，cFRA可以分离不同类型的大众运输现象，并区分细胞的不同运行状态。在此协议中，我们重点介绍了执行 cFRA 实验的过程的分步说明。将展示和详细讨论细胞的组装、其调理和创建具有周期性浓度扰动的饲料的实验设置，以及数据分析。最后，将突出该程序最关键的要点，并找出提高cFRA光谱质量和选择性的若干策略。
Protocol
Representative Results
Discussion
与传统的EIS相比，cFRA是一种诊断工具，专注于描述与燃料电池中发生的不同大众运输现象相关的动力学特征。它无法检测到任何时间常数低于电极中氧扩散的瞬变，例如双层6的充电/放电。因此，与将多个现象耦合的 EIS 不同，cFRA 可以帮助更清楚地识别与特定动力学相关的模式。这将减少不同参数之间的相关性效应，从而提高估计质量。此外，它区分阴极的加湿状态的能力可用…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
马克斯·普朗克复杂技术系统动力学研究所协助支付本文的出版成本。
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
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