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A locally resolved investigation on direct methanol fuel cell uneven components fading: Local cathode catalyst layer tuning for homogeneous operation and reduced degradation rate

Rabissi, Claudio und Zago, Matteo und Gazdzicki, Pawel und Guétaz, Laure und Escribano, Silvie und Grahl-Madsen, Laila und Casalegno, Andrea (2018) A locally resolved investigation on direct methanol fuel cell uneven components fading: Local cathode catalyst layer tuning for homogeneous operation and reduced degradation rate. Journal of Power Sources, 404, Seiten 135-148. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.09.094. ISSN 0378-7753.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
3MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318310735?dgcid=author

Kurzfassung

Durability issues of direct methanol fuel cell still hinder technology widespread commercialization; uneven aging of MEA components, generally harsher in air outlet region, is known to exasperate overall performance degradation. In a previous work, the authors selected a stable cathode electrode, demonstrated to fade homogenously: uneven water-related limitations, such as dehydration and flooding, were revealed to locally worsen performance at cathode inlet and outlet regions, leading to current redistribution. Aiming to reduce degradation rate, in this work homogeneous current distribution during operation is pursued by tuning MEA properties to meet local operating conditions. A properly improved 1D+1D physical model is used to support the development of a gradient MEA, featuring 1.6 mg cm−2 and 0.8 mg cm−2 of catalyst and ionomer respectively at inlet/ outlet and center regions of cathode electrode. Tests based on custom macro-segmented cell demonstrated 55% more homogeneous current distribution, controllable during operation by means of cathode air stoichiometry. 500 h degradation test revealed 70% decreased degradation rate from uniform MEA (11 μV h−1) with a homogenous fading of performance. An 18% lower Pt nanoparticle growth at cathode outlet and limited ionomer degradation at cathode inlet were identifed by ex-situ analyses (TEM and XPS), indicating locally mitigated fading mechanisms.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/122346/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A locally resolved investigation on direct methanol fuel cell uneven components fading: Local cathode catalyst layer tuning for homogeneous operation and reduced degradation rate
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Rabissi, ClaudioPolitecnico di MilanoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zago, MatteoPolitecnico di MilanoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gazdzicki, PawelPawel.Gazdzicki (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5728-7861NICHT SPEZIFIZIERT
Guétaz, LaureCEANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Escribano, SilvieCEANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grahl-Madsen, LailaEWIINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Casalegno, AndreaPolitecnico di MilanoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2018
Erschienen in:Journal of Power Sources
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:404
DOI:10.1016/j.jpowsour.2018.09.094
Seitenbereich:Seiten 135-148
Verlag:Elsevier
ISSN:0378-7753
Status:veröffentlicht
Stichwörter:DMFC, Degradation, Ex-situ Analysis
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Speicher und vernetzte Infrastrukturen
HGF - Programmthema:Brennstoffzellen
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (Brennstoffzellen) (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Gazdzicki, Dr. Pawel
Hinterlegt am:10 Dez 2018 14:56
Letzte Änderung:20 Jun 2021 15:51

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