Um guia para a análise de resposta de frequência alternada de concentração das células de combustível
Summary
Apresentamos um protocolo de análise de resposta de frequência alternada de concentração das células de combustível, um novo método promissor de estudar a dinâmica das células de combustível.
Abstract
Uma configuração experimental capaz de gerar uma perturbação periódica da entrada da concentração do oxigênio foi usada para executar a análise de resposta de freqüência concentração-alternada (cFRA) em pilhas de combustível da membrana da proton-troca (PEM). Durante os experimentos da cFRA, a alimentação modulada de concentração foi enviada para o cátodo da célula em diferentes frequências. A resposta elétrica, que pode ser potencial celular ou corrente dependendo do controle aplicado na célula, foi registrada para formular uma função de transferência de resposta de frequência. Ao contrário da espectroscopia tradicional de impedância eletroquímica (EIS), a nova metodologia cFRA permite separar a contribuição de diferentes fenômenos de transporte de massa dos processos de transferência de encargos cinéticos nos espectros de resposta de frequência de a cela. Além disso, a cFRA é capaz de diferenciar entre diferentes estados de umidificação do cátodo. Neste protocolo, o foco está na descrição detalhada do procedimento para realizar experimentos cFRA. Os passos mais críticos das medições e melhorias futuras para a técnica são discutidos.
Introduction
Caracterizar o comportamento dinâmico de uma célula de combustível PEM é importante para entender quais mecanismos dominam os estados operacionais transitórios que reduzem o desempenho da célula. A espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) é a metodologia mais utilizada para estudar a dinâmica das células de combustível PEM, devido à sua capacidade de separar diferentes contribuições de processos para o desempenho dinâmico geral1,2. No entanto, processos transitórios com constantes de tempo semelhantes são muitas vezes acoplados nos espectros do EIS, tornando difícil interpretá-los. Por esta razão, no passado, foram desenvolvidas ferramentas de diagnóstico transitórios com base na aplicação de insumos não elétricos com o objetivo de detectar o impacto de algumas ou dinâmicas individuais foram desenvolvidas e propostas3,4,5,6,7.
Uma nova técnica de resposta à frequência baseada na entrada de perturbação de concentração e saídas elétricas chamadas análisede resposta de frequência alternada de concentração (cFRA) foi desenvolvida em nosso grupo. O potencial da cFRA como ferramenta seletiva de diagnóstico tem sido investigado teoricamente e experimentalmente6,7. Verificou-se que a cFRA pode separar diferentes tipos de fenômenos de transporte de massa e discriminar entre os diferentes estados de operação da célula. Neste protocolo, concentramo-nos na descrição passo a passo do procedimento para a realização de experimentos cFRA. A montagem da célula, seu condicionamento e a configuração experimental para a criação de um feed com perturbação periódica de concentração, bem como a análise de dados serão mostrados e discutidos em detalhes. Finalmente, serão destacados os pontos mais críticos do procedimento e serão identificadas várias estratégias para melhorar a qualidade e a seletividade dos espectros cFRA.
Protocol
Representative Results
Discussion
Em contraste com o EIS clássico, o cFRA é uma ferramenta de diagnóstico focada na caracterização da dinâmica relacionada aos diferentes fenômenos de transporte de massa que ocorrem na célula de combustível. Ele não é capaz de detectar quaisquer transientes com uma constante de tempo abaixo da difusão de oxigênio no eletrodo, como por exemplo, o carregamento / descarga da camada dupla6. Portanto, ao contrário do EIS, onde vários fenômenos são acoplados, cFRA pode ajudar a identific…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O Instituto Max Planck de Dinâmica de Sistemas Técnicos Complexos ajudou a atender aos custos de publicação deste artigo.
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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