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Impact of antifreeze shut-down strategy on performance degradation and freeze start of a proton exchange membrane fuel cell system

Montaner Rios, Gema / G und Becker, Florian / F und Schirmer, Johannes / J und Gentner, Christoph / C und Ansar, Asif / A (2025) Impact of antifreeze shut-down strategy on performance degradation and freeze start of a proton exchange membrane fuel cell system. International Journal of Hydrogen Energy (158), e150531. Elsevier. doi: 10.1016/j.ijhydene.2025.150531. ISSN 0360-3199.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Kurzfassung

Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) systems for heavy-duty applications must operate in cold environments and guarantee durability. This work investigates the influence of methanol solution on performance degradation and freeze-start behavior of a 4 kW PEMFC system. Antifreeze and gas purging shut-down strategies are tested, starting from +3 °C to −20 °C, using 25 and 40 vol % methanol and two stacks with different performance degradation. Results show that methanol has a washing effect on the cells, regenerating performance and leading to negative degradation rates after multiple freeze starts. Moreover, methanol prevents ice formation during subzero storage and ensures reliable freeze starts; the lower the temperature and the higher the methanol concentration, the slower the start-up. Although gas purging yields faster freeze starts, antifreeze start-up time can be optimized, e.g., by oxygen enrichment. This study introduces a novel method to extend PEMFC lifetime while enabling efficient and reliable freeze starts from −40 °C.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/223962/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Impact of antifreeze shut-down strategy on performance degradation and freeze start of a proton exchange membrane fuel cell system
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Montaner Rios, Gema / GGema.MontanerRios (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Becker, Florian / FFlorian.Becker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6517-2944214074171
Schirmer, Johannes / JJohannes.Schirmer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gentner, Christoph / CChrisoph.Gentner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ansar, Asif / ASyed-Asif.Ansar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 Juli 2025
Erschienen in:International Journal of Hydrogen Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.ijhydene.2025.150531
Seitenbereich:e150531
Verlag:Elsevier
ISSN:0360-3199
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Methanol solution, Antifreeze strategy; Performance degradation; Ice formation; Freeze start; PEMFC system
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HGF - Programm:Energiesystemdesign
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnologie
Standort: Hamburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Energiesystemintegration
Hinterlegt von: Montaner Rios, Gema
Hinterlegt am:08 Mai 2026 13:59
Letzte Änderung:11 Mai 2026 13:52

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