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Full Factorial In Situ Characterization of Ionomer Properties in Differential PEM Fuel Cells

Gerling, Christophe und Hanauer, Matthias und Berner, Ulrich und Friedrich, Kaspar Andreas (2021) Full Factorial In Situ Characterization of Ionomer Properties in Differential PEM Fuel Cells. Journal of The Electrochemical Society, 168, 084504-08418. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/1945-7111/ac1812. ISSN 0013-4651.

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Kurzfassung

The performance optimization of membrane electrode assemblies of PEM fuel cells requires accurate characterization and modelling of the relevant mechanisms. In this paper, the ionomer conductivities and permeation properties are characterized in situ in a differential cell setup by varying the operating conditions in a full factorial fashion in H2/N2 mode. Voltammetry methods are validated against online gas analysis and then used to record H2 crossover. The membrane and cathode catalyst layer (CCL) resistances are deconvoluted by fitting transmission line models (TLM) to electrochemical impedance spectroscopy (EIS) data. Based on this, we estimate activation energies of 20 kJ mol−1 for the H2 permeation, 7 kJ mol−1 for the membrane resistance and 9 kJ mol−1 for the ionomer resistance in the CCL. Through EIS measurements under load (H2/O2), we also evaluate the change in the ionomer resistances in course of water production. This effect is most pronounced under cold and dry conditions and implies that a subtraction of the protonic loss contributions from polarization curves only based on EIS measurements obtained in H2/N2 mode is not possible.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148181/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Full Factorial In Situ Characterization of Ionomer Properties in Differential PEM Fuel Cells
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gerling, ChristopheRobert Bosch GmbH, Corporate Research, Renningen 71272, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hanauer, MatthiasRobert Bosch GmbH, Corporate Research, Renningen 71272, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Berner, UlrichRobert Bosch GmbH, Corporate Research, Renningen 71272, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:27 Juli 2021
Erschienen in:Journal of The Electrochemical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:168
DOI:10.1149/1945-7111/ac1812
Seitenbereich:084504-08418
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
ISSN:0013-4651
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Polymer electrolyte fuel cells, characterization, ionomer properties
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:12 Jan 2022 10:25
Letzte Änderung:20 Okt 2023 08:29

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