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PEM Single Cells under Differential Conditions: Full Factorial Parameterization of the ORR and HOR Kinetics and Loss Analysis

Gerling, Christophe und Hanauer, Matthias und Berner, Ulrich und Friedrich, Kaspar Andreas (2022) PEM Single Cells under Differential Conditions: Full Factorial Parameterization of the ORR and HOR Kinetics and Loss Analysis. Journal of The Electrochemical Society, 169, 014503-014516. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/1945-7111/ac44ba. ISSN 0013-4651.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Kurzfassung

The anode and cathode kinetics are parameterized based on differential cell measurements. Systematic parameter variations are evaluated to disentangle the dependencies of the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) signatures in H2/H2 mode. We introduce a new CO recovery protocol for both electrodes that enables to accurately characterize the hydrogen oxidation reaction (HOR) kinetics. Then, we demonstrate that a compact Tafel kinetics law captures the oxygen reduction reaction (ORR) kinetics for a full factorial grid of conditions, covering a wide range of relative humidities (rH), temperatures, oxygen partial pressures and current densities. This yields the characteristic activation energy and effective reaction order, and we reconcile models that make different assumptions regarding the rH dependency. Moreover, we analyze O2 transport contributions by steady-state and transient limiting current techniques and heliox measurements. Although the rising uncertainty of loss corrections at high current densities makes it impossible to unambiguously identify an intrinsic potential-dependent change of the Tafel slope, our data support that such effect needs not be considered for steady-state cathodic half-cell potentials above 0.8 V

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/193037/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:PEM Single Cells under Differential Conditions: Full Factorial Parameterization of the ORR and HOR Kinetics and Loss Analysis
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.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2022
Erschienen in:Journal of The Electrochemical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:169
DOI:10.1149/1945-7111/ac44ba
Seitenbereich:014503-014516
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
ISSN:0013-4651
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Polymer exchange-membrane fuel cells parametric study
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:12 Jan 2023 20:07
Letzte Änderung:13 Jan 2023 15:45

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