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Experimental and Numerical Investigation of the Low-Frequency Inductive Features in Differential PEMFCs: Ionomer Humidification and Platinum Oxide Effects

Gerling, Christophe und Hanauer, Matthias und Berner, Ulrich und Friedrich, Kaspar Andreas (2023) Experimental and Numerical Investigation of the Low-Frequency Inductive Features in Differential PEMFCs: Ionomer Humidification and Platinum Oxide Effects. Journal of The Electrochemical Society, 170 (1), 014504. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/1945-7111/acb3ff. ISSN 0013-4651.

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

Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/acb3ff

Kurzfassung

The low-frequency inductive features in PEMFC are studied by differential measurements and numerical simulation. Systematic parameter variations are conducted and the discrepancies between the local polarization curve slopes and the capacitive loops of electrochemical impedance spectra (EIS) are evaluated to compute the inductive contributions. These contributions, primarily slow platinum oxide kinetics and ionomer humidification, are disentangled and we show that the latter is more relevant at medium to high currents, leaving mainly kinetics contributions of around 35 mV dec−1 at small currents. We demonstrate that the inductivity reaches over 150 mV dec−1 at high load and that it strongly depends on the current density (j) and on the relative gas humidity (RH), whereas temperature (T) and oxygen partial pressure play a minor role. A new approach for modeling the combination of the oxygen reduction reaction and platinum oxidation leading to inductive loops is presented and integrated into a 1D through-plane model which we parameterize based on our large dataset. We present a comprehensive parameter study with this model. Its current version contains platinum oxide kinetics and electron, proton as well as oxygen transport and yields a good match with both steady-state and EIS data.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/201575/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Experimental and Numerical Investigation of the Low-Frequency Inductive Features in Differential PEMFCs: Ionomer Humidification and Platinum Oxide Effects
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:25 Januar 2023
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:170
DOI:10.1149/1945-7111/acb3ff
Seitenbereich:014504
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
ISSN:0013-4651
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Polymer fuel cell, inductive loop, impedance analysis
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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:21 Dez 2023 13:20
Letzte Änderung:21 Dez 2023 13:56

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