Nous présentons un protocole pour l'analyse de réponse de fréquence alternée de concentration des piles à combustible, une nouvelle méthode prometteuse d'étude de la dynamique des piles à combustible.
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Article de méthode
Guide de concentration En alternance d'analyse des réponses aux fréquences des piles à combustible
Dans cet article
Résumé
Résumé
Une configuration expérimentale capable de générer une perturbation périodique de l'entrée de concentration de l'oxygène a été utilisée pour effectuer l'analyse de réponse de fréquence de concentration-alternance (cFRA) sur les piles à combustible de membrane d'échange de protons (PEM). Au cours des expériences de l'ACRC, l'alimentation de concentration modulée a été envoyée à la cathode de la cellule à différentes fréquences. La réponse électrique, qui peut être un potentiel cellulaire ou courant en fonction du contrôle appliqué sur la cellule, a été enregistrée afin de formuler une fonction de transfert de réponse de fréquence. Contrairement à la spectroscopie électrochimique traditionnelle d'impédance (EIS), la nouvelle méthodologie cFRA permet de séparer la contribution de différents phénomènes de transport de masse des processus de transfert de charge cinétique dans les spectres de réponse de fréquence de la cellule. En outre, cFRA est capable de différencier entre les différents états d'humidification de la cathode. Dans ce protocole, l'accent est mis sur la description détaillée de la procédure d'exécution des expériences cFRA. Les étapes les plus critiques des mesures et les améliorations futures à la technique sont discutées.
Introduction
Il est important de caractériser le comportement dynamique d'une pile à combustible PEM afin de comprendre quels mécanismes dominent les états opérationnels transitoires qui réduisent les performances de la cellule. La spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) est la méthodologie la plus couramment utilisée pour étudier la dynamique des piles à combustible PEM, en raison de sa capacité à séparer les différentes contributions au processus de la performance dynamique globale1,2. Cependant, les processus transitoires avec des constantes de temps similaires sont souvent couplés dans les spectres EIS, ce qui ....
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Protocole
1. Préparation des matériaux
- Couper et perforer deux morceaux rectangulaires de téflon de la même taille que les plaques d'extrémité à l'aide d'une presse à découper; prendre soin et s'assurer que les trous sont dans la position exacte où les boulons doivent être placés.
- En utilisant la même procédure couper les joints de téflon compte tenu des dimensions extérieures et intérieures du champ d'écoulement, et la position des trous où les vis doivent être placées.
- Couper les couches de diffusion de gaz à l'aide d'un cadre métallique de la taille des joints.
- Couper l'excès de Nafion de la membrane enduite par catalyseur (CCM) afin d....
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Résultats
L'analyse préliminaire de la dynamique des piles à combustible basée sur les spectres de l'EIE est présentée à la figure 2. La magnitude de l'EIS (Figure 2A) et les parcelles de phase Bode (figure 2B) sont mesurées à trois densités de courant à état stable différentes sous contrôle galvanostatique. Comme prévu, tous les principaux processus transitoires sont observés.......
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Discussion
Contrairement à l'EIE classique, le CFRA est un outil de diagnostic axé sur la caractérisation de la dynamique liée aux différents phénomènes de transport de masse qui se produisent dans la pile à combustible. Il n'est pas en mesure de détecter les transitoires ayant une constante de temps en dessous de la diffusion de l'oxygène dans l'électrode, comme par exemple la charge / décharge de la double couche6. Par conséquent, contrairement à l'EIE où plusieurs phénomènes sont couplés, cFRA peut aider .......
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Déclarations de divulgation
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Remerciements
L'Institut Max Planck pour la dynamique des systèmes techniques complexes a aidé à faire face aux coûts de publication de cet article.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Membrane électrode Assemby N115 25,8 cm2 | QuinTech | EC-NM-115 | cathode/anode loge : 1mg Pt/cm2 |
| Potentiostat | Metrhohm | PGSTAT302N | |
| Booster | Metrohm | BOOSTER20A | |
| Capteur d’oxygène à fibre rétractable | Pyro Science | OXR430-UHS | |
| Point de rosée et thermomètre | VAISALA | DMT340 | |
| Logiciel système de contrôle de processus | Siemens | Simatic PCS 7 | |
| Logiciel MATLAB2012a | Mathworks | ||
| Hydrogène | Linde | Hydrogène 6.0 | |
| Azote | Linde | Azote 5.0 | |
| Oxygène | Linde | Oxygène 5.0 |
Références
- 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 o....
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Réimpressions et autorisations
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