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Two-dimensional modeling of a polymer electrolyte membrane fuel cell with long flow channel. Part II. Physics-based electrochemical impedance analysis

Bao, Chen und Bessler, Wolfgang G. (2015) Two-dimensional modeling of a polymer electrolyte membrane fuel cell with long flow channel. Part II. Physics-based electrochemical impedance analysis. Journal of Power Sources, 278, Seiten 675-682. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.12.045. ISSN 0378-7753.

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Offizielle URL: http://www.journals.elsevier.com/journal-of-power-sources/

Kurzfassung

The state-of-the-art electrochemical impedance spectroscopy (EIS) calculations have not yet started from fully multi-dimensional modeling. For a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) with long flow channel, the impedance plot shows a multi-arc characteristic and some impedance arcs could merge. By using a step excitation/Fourier transform algorithm, an EIS simulation is implemented for the first time based on the full 2D PEMFC model presented in the first part of this work. All the dominant transient behaviors are able to be captured. A novel methodology called ‘configuration of system dynamics’, which is suitable for any electrochemical system, is then developed to resolve the physical meaning of the impedance spectra. In addition to the high-frequency arc due to charge transfer, the Nyquist plots contain additional medium/low-frequency arcs due to mass transfer in the diffusion layers and along the channel, as well as a low-frequency arc resulting from water transport in the membrane. In some case, the impedance spectra appear partly inductive due to water transport, which demonstrates the complexity of the water management of PEMFCs and the necessity of physics-based calculations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/99160/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Two-dimensional modeling of a polymer electrolyte membrane fuel cell with long flow channel. Part II. Physics-based electrochemical impedance analysis
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bao, Chenbao.chen (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bessler, Wolfgang G.wolfgang.bessler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2015
Erschienen in:Journal of Power Sources
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:278
DOI:10.1016/j.jpowsour.2014.12.045
Seitenbereich:Seiten 675-682
Verlag:Elsevier
ISSN:0378-7753
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) Configuration of system dynamics
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HGF - Programm:Rationelle Energieumwandlung und Nutzung (alt)
HGF - Programmthema:Brennstoffzelle (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:09 Dez 2015 09:40
Letzte Änderung:22 Jun 2023 10:14

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