מדריך לריכוז התגובה בתדר מתחלפים של תאים דלק
Summary
אנו מציגים פרוטוקול לריכוז התגובה בתדר מתחלפים של תאי דלק, שיטה חדשה מבטיחה ללמוד דינמיקה של תאי דלק.
Abstract
התקנה ניסיונית המסוגלת לייצר מקלט ריכוז תקופתי הטיפול בחמצן שימש לביצוע ריכוז התגובה תדר מתחלפים (cFRA) על ממברנה פרוטון-exchange (PEM) הדלק תאים. במהלך ניסויי cFRA, הזנת הריכוז המודולנן נשלחה אל הקתודה של התא בתדרים שונים. התגובה החשמלית, אשר יכול להיות תא פוטנציאלי או הנוכחי בהתאם לפקד שהוחל על התא, נרשם על מנת לגבש פונקציית העברת תגובה בתדר. שלא כמו ספקטרוסקופיה מסורתית העכבה האלקטרומטרית (EIS), מתודולוגיה cFRA הרומן מאפשר להפריד את התרומה של תופעות הובלה המונית שונים מן התהליך העברת המטען הקינטי בספקטרום התגובה השכיחות של את התא. יתר על כן, cFRA הוא מסוגל להבדיל בין מצבי מחולל משתנה של הקתודה. בפרוטוקול זה, המוקד הוא על תיאור מפורט של ההליך לבצע ניסויים cFRA. הצעדים הקריטיים ביותר של המידות והשיפורים העתידיים בטכניקה נדונים.
Introduction
אפיון ההתנהגות הדינמית של תא דלק PEM חשוב כדי להבין אילו מנגנונים שולטים במצבי הפעולה הזמניים הנמכת הביצועים של התא. ספקטרוסקופיית אלקטרוכימי (eis) היא המתודולוגיה הנפוצה ביותר לחקר הדינמיקה של תאי דלק pem, בשל יכולתה להפריד תרומות תהליך שונות לביצועים דינאמיים כוללת1,2. עם זאת, תהליכים ארעיים עם קבועים בזמן דומים מצמידים לעתים קרובות ב-EIS ספקטרום, ומקשה עליהם לפרש אותם. מסיבה זו, בכלי אבחון חולף בעבר מבוסס על יישום של תשומות שאינן חשמליות במטרה לזהות את ההשפעה של כמה או דינמיקה בודדים פותחו והציע3,4,5,6,7.
טכניקת התגובה החדשנית המבוססת על כניסת הריכוז והתפוקות החשמליות, המבוססות על ריכוז התגובה לתדר מתחלף (cFRA), פותחה בקבוצה שלנו. הפוטנציאל של cfra ככלי אבחון סלקטיבי נחקר תיאורטית ונסבית6,7. נמצא כי cFRA יכול להפריד סוגים שונים של תופעות התחבורה ההמונית ולהפלות בין מצבי פעולה שונים של התא. בפרוטוקול זה, אנו מתמקדים בתיאור צעד אחר צעד של ההליך לביצוע ניסויים cFRA. הרכבת התא, התניה שלו והכיוונון הניסיוני ליצירת הזנה באמצעות מיזוג ריכוז תקופתי, כמו גם ניתוח הנתונים יוצג וידון בפרוטרוט. לבסוף, הנקודות הקריטיות ביותר של ההליך יסומן ומספר אסטרטגיות לשיפור האיכות והסלקטיביות של ספקטרום cFRA יהיה מסומן.
Protocol
Representative Results
Discussion
בניגוד EIS הקלאסי, cFRA הוא כלי אבחון התמקדו אפיון של דינמיקה הקשורים לתופעות התחבורה ההמוני השונים המתרחשים בתא הדלק. זה לא מסוגל לזהות כל ארעיות שיש זמן קבוע מתחת דיפוזיה חמצן באלקטרודה, כמו למשל טעינה/היורה של שכבה כפולה6. לכן, בניגוד EIS שבו מספר תופעות מצמידים, cFRA יכול לעזור לזה…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מכון מקס פלאנק לדינמיקה של מערכות טכניות מורכבות סייע בעמידה בעלויות הפרסום של מאמר זה.
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).
