Nghiên cứu so sánh các phương pháp điều kiện cho pin nhiên liệu màng trao đổi proton dựa trên hydrocarbon nhằm cải thiện hiệu suất

Energy Technology - Tập 11 Số 8 - 2023
Hien Q. Nguyen1,2, Julian Stiegeler1, Hannes Liepold1, Claudia Schwarz2, Severin Vierrath1,2, Matthias Breitwieser2
1Electrochemical Energy Systems, IMTEK - Department of Microsystems Engineering, University of Freiburg, Georges-Koehler-Allee 103, 79110 Freiburg, Germany
2Hahn-Schickard Gesellschaft für Angewandte Forschung e.V. Georges-Koehler-Allee 103 79110 Freiburg Germany

Tóm tắt

Các tiến bộ gần đây trong việc phát triển pin nhiên liệu màng trao đổi proton dựa trên hydrocarbon đã tập trung vào việc tối ưu hóa vật liệu. Khôi phục điện áp (VR) đã cho thấy những cải thiện đáng kể đối với pin nhiên liệu dựa trên axit perfluorosulfonic. Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên trình bày một giao thức VR được thiết kế đặc biệt cho pin nhiên liệu dựa trên hydrocarbon. Giao thức đề xuất bao gồm 100 bước điện áp ở mức 0.08 và 0.12 V, kéo dài 20 giây mỗi bước, ở 80 °C, dưới áp suất ngược và điều kiện quá bão hòa. Hiệu quả của giao thức được so sánh với các giao thức khác, bao gồm một giao thức được đề xuất bởi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) và một giao thức VR khác trong tài liệu. Giao thức VR cho thấy sự tăng cường 100% về hoạt tính khối lượng của các pin nhiên liệu hoàn toàn dựa trên hydrocarbon chỉ sau 1 giờ, trong khi giao thức DOE không dẫn đến cải thiện nào, và một giao thức đã được thiết lập khác cần 3 giờ để cho thấy sự tăng trưởng 70%. Giao thức đề xuất cũng hiệu quả cho các lớp xúc tác Nafion. Hiệu suất H2/không khí ở 0.7 V của các pin nhiên liệu hoàn toàn dựa trên hydrocarbon tăng 21%, dẫn đến mật độ dòng điện là 0.9 A cm−2, tương tự như tham chiếu Nafion. Điều này gợi ý rằng giao thức đề xuất rất hiệu quả và đáng kể giảm thời gian điều kiện, điều này có thể là một yếu tố chi phí quan trọng.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1021/acsami.9b11365

10.1016/j.coelec.2021.100843

10.1016/j.pecs.2021.100924

10.1016/j.jpowsour.2020.229375

J.Zhang L.Paine A.Nayar R.Makharia Methods and Processes to Recover Voltage Loss of PEM Fuel Cell Stack. 12/939 867 2010.

Choo H. S., 2015, SAE Technical Series

10.1038/s41467-021-25301-3

10.1016/S0013-4686(02)00350-X

10.1134/S1063785018070064

H. H.Voss R. H.Barton M.Sexsmith M. J.Turchyn Conditioning and Maintenance Methods for Fuel Cells. 10/159 594 2002.

J.Zhang N.Ramaswamy B.Lakshmanan S. P.Kumaraguru Fuel Cell Stack Break-in Procedures and Break-in Conditioning Systems. 5/451 893 2017.

U.S. Department of Energy, 2017, Fuel Cell Technical Team Roadmap

P. A.Rapaport A. J.Blowers J.Leistra B.Lakshamanan Fast MEA Break-in and Voltage Recovery. 13/432 725 2012.

H. S.ChooMethod of Accelerating Fuel Cell Activation. 15/341 064.

10.1039/D1MA00511A

10.1021/cm401445h

European Chemical Agency https://echa.europa.eu/de/-/five-european-states-call-for-evidence-on-broad-pfas-restriction(accessed: October 2021).

10.1007/978-1-4614-5785-5_7

10.1016/S0376-7388(00)00632-3

10.1016/S0013-4686(03)00257-3

10.1149/1.3082119

10.1039/D1SE00556A

10.1002/aenm.202103559

Balogun E., 2021, Electrochim. Acta, 2, 139479

10.1016/j.ijhydene.2008.03.015

10.1149/1945-7111/ab88bd

10.1039/D2MA00761D

10.1016/j.pecs.2020.100842

J. A.Schrooten J. M.Marzullo M. L.Perry Performance Enhancing Break-In Method for a PEM Fuel Cell. 10/702 181 2005.

10.1149/1.2266294

10.1149/1945-7111/acb643

10.1021/ja00374a008

10.1039/c3cp50617g

10.1149/1.2400626

10.1149/2.051405jes

10.1149/1.2050347

10.1149/2.103309jes

10.1002/adfm.202008778

10.1021/acs.chemrev.6b00159

Thông tin
Thông tin xuất bản

Energy Technology

Tập 11 Số 8

Thông tin tác giả