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Energy efficient cold start of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell coupled to a thermochemical metal hydride preheater

Melnik, Daniel und Bürger, Inga und Mitzel, Jens und Käß, Julian und Sarkezi-Selsky, Patrick und Jahnke, Thomas und Knöri, Torsten (2024) Energy efficient cold start of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell coupled to a thermochemical metal hydride preheater. Applied Energy, 359. Elsevier. doi: 10.1016/j.apenergy.2023.122585. ISSN 0306-2619.

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2MB

Kurzfassung

Cold start is still a major factor for proton exchange membrane (PEM) fuel cell degradation. Using a metal hydride-based preheater can significantly reduce the time to reach temperatures above 0 °C without consuming any extra energy due to two specific features of the fundamental thermochemical reaction: First, thermal energy provided during fuel cell operation as waste energy can be stored long-time and loss-free for the next cold start event. Second, providing a hydrogen pressure of 8 bar immediately triggers the exothermal absorption reaction to heat up a system from temperatures as low as −20 °C. The manuscript presents the first in time results of a system with a 1 kW PEM fuel cell starting from temperatures of −5 °C with and without an active preheating module at a hydrogen pressure of 6 bar. The experiments indicate that the single-cell voltage behavior is improved when the preheating module is active as the lowest values measured are in the range of 0.6 V in contrast to 0.45 V without a preheater. These findings are supported by simulation data of the modeled system, which indicates severe ice formation of up to 87 % in case of the cold start without a preheater in comparison to <1 % ice formation with a preheating module.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/202293/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:InterregNorthWestEurope under NWE596 in the program Priority Axis2 Low Carbon, specific objective SO4.
Titel:Energy efficient cold start of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell coupled to a thermochemical metal hydride preheater
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Melnik, DanielDaniel.Melnik (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-5989-2906151638061
Bürger, Ingainga.buerger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6091-0431151638062
Mitzel, JensJens.Mitzel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8137-9689NICHT SPEZIFIZIERT
Käß, JulianJulian.Kaess (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sarkezi-Selsky, PatrickPatrick.Sarkezi-Selsky (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jahnke, ThomasThomas.Jahnke (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knöri, TorstenTorsten.Knoeri (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:18 Januar 2024
Erschienen in:Applied Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:359
DOI:10.1016/j.apenergy.2023.122585
Verlag:Elsevier
ISSN:0306-2619
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Cold start Degradation PEM fuel cell Metal hydride Preheater Icing
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Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Melnik, Daniel
Hinterlegt am:26 Jan 2024 08:29
Letzte Änderung:26 Jan 2024 08:29

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