Топливные элементы будут играть важную роль в будущем. Наш протокол описывает новый метод диагностики основных состояний отказов этих устройств, таких как деградация, наводнения или отравления. В отличие от других методов, таких как, например, электрохимическая спектроскопия, эта методология может быть использована для разъединения влияния конкретной динамики на производительность полимерных топливных элементов, облегчающих менее неоднозначную идентификацию неисправностей.
Процедуру продемонстрирует Тобиас Франц, мастер-студент моей лаборатории. Для сборки топливных элементов поместите катодную биполярную пластину на гладкую и прочную поверхность с боковой стороной поля потока вверх и поместите прокладку поверх пластины, выровненной с винтовыми отверстиями. Поместите катодный слой диффузии газа в середине прокладки и добавьте верхнюю часть мембраны, покрытую катализатором, выровненную с винтовыми отверстиями.
Поместите слой диффузии анодного газа и прокладку поверх мембраны, покрытой катализатором, убедившись, что прокладка выравнивается с винтовыми отверстиями. Поместите анод биполярного пластины потока поле стороной вниз на верхней части прокладки и исправить части вместе с винтами. Далее поместите катодную пластину из нержавеющей стали на гладкую и прочную поверхность и поместите прямоугольный кусок тефлона и медный ток коллектора поверх тефлона выравнивания обеих частей с болт отверстия.
Слот катодной стороне собранного блока ячейки на катод тока коллектор с учетом вырезов в полях потока. Слот анодной стороне устройства на анод тока коллектор с тефлоновой прокладки расположены с анодом из нержавеющей стали конце пластины на вершине. Поместите изоляционные рукава, O-кольцо и болты в отверстия анодной конечной пластины, поверните вертикаль клетки и поместите изоляционные рукава, O-кольцо и гайки на болтах на катодной стороне устройства.
Затем используйте гаечный ключ, чтобы затянуть болты поперечно, пока не будет достигнуто рекомендуемое значение крутящего момента в пять ньютон-метров, увеличивая крутящий момент на один ньютон-метр за поперечный цикл. Для интеграции топливного элемента с периферией поместите блок топливных элементов в нагревательный ящик и соедините входы и розетки с периферией. Вставьте термокупл в катодную конец пластины и интерфейс топливного элемента с potentiostat к конфигурации электрода.
Запустите программное обеспечение, используемое для управления периферией ячейки и выбора значений анода и катода входных тарифов потока газа. Выберите температуру входных газов. Включите нагревательные ленты и подождите, пока температура точки набора не будет достигнута.
Установите температуру термостатов для определения желаемой температуры точки росы входных газов и включите термостаты. Установите выбранную температуру топливного элемента на панель управления отопительной коробки и включите отопление. Когда температура установленного расхода топливного элемента будет достигнута, проверьте состояние увлажнения входных газов и проверьте потенциал открытых цепных элементов топливного элемента.
Для выполнения эксперимента по частотной реакции с переменной концентрацией осторожно нажмите вниз на поршень верхней части датчика кислорода волокна, чтобы разоблачить чувствительную часть волокна. Затем поместите волокно в центр трубки на входе клетки. Откройте программное обеспечение датчика и установите интервал отбора проб до 0,15 секунды, чтобы можно было обнаруживать периодический сигнал до периода до одного герца.
Откройте программное обеспечение электрохимии для редактирования процедуры анализа частотных реакций, чередующихся с концентрацией, и в разделе действия выберите новую процедуру. В командах выберите значок управления и вставьте значок в рабочее пространство. В свойствах выберите режим на гальваностатику и ячейку по команде, поместив команду рядом с иконкой управления.
Добавить линейный развертки вольтамметрии лестницы команды от измерения циклических и линейных развертки вольтамметрии. В свойствах установите стартовый ток до 0,0 усилителя и значение стоп-тока в стабильное состояние. Установите скорость сканирования до 0,005 усилителя в секунду и шаг до 0,1 усилителя.
Вставьте две команды сигнала записи. В свойствах установите продолжительность до 7 200 секунд, а время выборки интервала до 0,5 секунды для обеих команд. Обратите внимание, что первое окно записи используется для мониторинга того, как выходной сигнал приближается к периодическим устойчивым состояниям, в то время как второе окно заключается в регистрации постоянного состояния периодического выходного сигнала, который анализируется.
Добавьте команду повторения, чтобы установить тот же шаг, который будет повторен 20 раз. Нажмите играть, чтобы начать концентрацию чередующихся частотной реакции программы. В первом наборе повторений наблюдайте за окном записи, чтобы проверить, достигает ли потенциал ячейки стабильного значения состояния.
Для обеспечения линейной реакции откройте дополнительный кислородный клапан и установите контроллер потока массы до 5% от значения общей скорости потока основного корма. Установите время переключения клапана до начального значения 0,5 секунды и нажмите кнопку запуска. Затем подождите, пока потенциал ячейки достигнет периодического стабильного состояния в окне мониторинга, прежде чем нажать дальше.
Выборка потенциала при квази стабильном состоянии состояния необходима для получения спектров, свободных от артефактов, поскольку наличие дрейфующего сигнала может привести к вводящим в заблуждение выводам. Зарегистрируйте периодический устойчивый сигнал состояния в новом окне записи в течение 60 секунд и нажмите далее снова. В то же время зарегистрируйте периодический ввод кислорода и нажмите кнопку запуска в программном обеспечении датчика.
Введите имя, которое напоминает частоту ввода и нажмите OK. Затем зарегистрируйте сигнал в течение 60 секунд и нажмите стоп. Повторяя предыдущие шаги, измерьте периодические корреляции входных/выходных данных для сигналов с периодом в частотном диапазоне от восьми до 1000 микрогерц при приобретении восьми частотных точек за десятилетие. На частотах ниже 100 микрогерц выборка сигналов в течение ряда времени, эквивалентного пяти периодам.
Для анализа данных о частотной реакции, чередующихся с концентрацией, откройте скрипты MATLAB FFT_input. коврик и FFT_output.mat. В адресную папку вставьте спецификации расположения папки, в которой хранится измеренное давление кислорода и текущие файлы данных.
Запустите FFT_po2. коврик и FFT_pot. мат скрипты и проверить наметил диаграммы, чтобы определить, является ли компьютерный алгоритм работает должным образом.
Затем откройте и запустите скрипт MATLAB cfra_spectra.mat. Величина, угол фазы и спектры Nyquist функции переноса анализа частотного анализа концентрации в гальваностатических условиях будут построены. В этом репрезентативном анализе, электрохимическое движение спектроскопии величины и фазы предвещает спектры участка были впервые измерены на трех различных устойчивых плотностей тока состояния под гальваностатическим контролем.
Здесь можно наблюдать примерные периодические входы давления кислорода на двух разных частотах и их преобразования Fourier. Величина гармоник была нормализована по отношению к фундаментальной гармонике, а вход давления на частоте 49 микрогерц характеризовался синусоидальной формой. Вход давления на более низкой частоте напоминал периодическую квадратную форму волны, а связанная с ним нормализованная трансформация Фурье прекрасно отражала сигнал квадратной волны, представляя нисходящие гармонические компоненты на нескольких нечетных частотах по отношению к фундаментальным.
Потенциальные ответы ячейки представили идентичные функции. Обратите внимание, что спектральный анализ входных данных и вывода, выполняемых на не-интегральном количестве периодических циклов, может привести к вводящим в заблуждение результатам из-за эффекта спектральной утечки. В этом случае сигнал характеризуется более выраженной пропускной способностью шума на фундаментальной частоте.
Кроме того, величина составляет примерно 90% от правильно обработанного сигнала. Чтобы избежать спектральной утечки, на любой анализируемый сигнал следует применять процедуру окон. Здесь показаны спектры анализа частотных реакций, измеряемые в вольтастатических и гальваностатических условиях в тех же устойчивых состояниях, что и в спектральной спектроскопии электрохимического импульса.
Как отмечается в высокочастотной области, как вольтастатические, так и гальваностатические спектры анализа частотных реакций не демонстрируют чувствительности к динамике двойной зарядки/разгрузки. Спектры cFRA чувствительны только к переходным явлениям, связанным с явлениями общественного транспорта. Чтобы избежать нежелательного вклада в оцениваемые спектры, измерьте потенциал ячейки в условиях квазиустойкого состояния и отведать достаточное количество периодов, чтобы увеличить соотношение сигнала к шуму.
Таким образом, помимо диагностики, работа электрохимических топливных элементов и реакторов в периодических условиях вводит дополнительную возможность воздействия на эффективность преобразования энергии, а также селективность продукции электрохимических процессов.
