DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v24r209

Рекуррентная формула для вычисления импеданса катодного каталитического слоя в топливном элементе с полимерным электролитом

Авторы

  • А. А. Куликовский

Ключевые слова:

топливные элементы с полимерным электролитом
импеданс
моделирование

Аннотация

Получена рекуррентная формула для вычисления импеданса катодного каталитического слоя c быстрым переносом кислорода в топливном элементе с полимерным электролитом. Каталитический слой разбивается на N подслоев, и применение закона сохранения заряда позволяет получить нелинейное рекуррентное соотношение Zn = f(Zn-1), где Zn — суммарный импеданс всех подслоев вплоть до n-го включительно. Численное решение этого соотношения дает полный импеданс каталитического слоя с учетом переменного вдоль него статического перенапряжения реакции восстановления кислорода. Модель проста, надежна и на два порядка быстрее, чем стандартная модель, основанная на решении дифференциального уравнения.

Загрузки

Опубликован

2023-04-04

Выпуск

Том 24 (2023): Выпуск 2.

Раздел

Методы и алгоритмы вычислительной математики и их приложения

Автор

А. А. Куликовский

Исследовательский центр в Юлихе,
Институт исследований энергии и климата
• приглашенный ученый

Библиографические ссылки

  1. A. Lasia, Electrochemical Impedance Spectroscopy and Its Applications (Springer, New York, 2014).
    doi 10.1007/978-1-4614-8933-7.
  2. Z. Tang, Q.-A. Huang, Y.-J. Wang, et al., “Recent Progress in the Use of Electrochemical Impedance Spectroscopy for the Measurement, Monitoring, Diagnosis and Optimization of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Performance,” J. Power Sources 468, Article Number 228361 (2020).
    doi 10.1016/j.jpowsour.2020.228361.
  3. J. Huang, Y. Gao, J. Luo, et al., “Editors’ Choice--Review--Impedance Response of Porous Electrodes: Theoretical Framework, Physical Models and Applications,” J. Electrochem. Soc. 167, Article Number 166503 (2020).
    doi 10.1149/1945-7111/abc655.
  4. A. Kulikovsky and O. Shamardina, “A Model for PEM Fuel Cell Impedance: Oxygen Flow in the Channel Triggers Spatial and Frequency Oscillations of the Local Impedance,” J. Electrochem. Soc. 162 (9), F1068-F1077 (2015).
    doi 10.1149/2.0911509jes.
  5. A. A. Kulikovsky and M. Eikerling, “Analytical Solutions for Impedance of the Cathode Catalyst Layer in PEM Fuel Cell: Layer Parameters from Impedance Spectrum without Fitting,” J. Electroanal. Chem. 691, 13-17 (2013).
    doi 10.1016/j.jelechem.2012.12.002.
  6. A. A. Kulikovsky, “Analytical Solutions for Polarization Curve and Impedance of the Cathode Catalyst Layer with Fast Oxygen Transport in a PEM Fuel Cell,” J. Electrochem. Soc. 161 (8), E3171-E3179 (2014).
    doi 10.1149/2.020408jes.
  7. T. Schmitt, R. Bligny, G. Maranzana, and U. Sauter, “Rapid and Local EIS on a Segmented Fuel Cell: A New Method for Spatial and Temporal Resolution,” J. Electrochem. Soc. 169 (9), Article Number 094504 (2022).
    doi 10.1149/1945-7111/ac9089.
  8. A. Kulikovsky, “Analytical Impedance of PEM Fuel Cell Cathode Including Oxygen Transport in the Channel, Gas Diffusion and Catalyst Layers,” J. Electrochem. Soc. 169 (3), Article Number 034527 (2022).
    doi 10.1149/1945-7111/ac5d97.
  9. A. A. Kulikovsky, “The Regimes of Catalyst Layer Operation in a Fuel Cell,” Electrochim. Acta 55 (22), 6391-6401 (2010).
    doi 10.1016/j.electacta.2010.06.053.
  10. A. A. Kulikovsky, “A Physically-Based Analytical Polarization Curve of a PEM Fuel Cell,” J. Electrochem. Soc. 161 (3), F263-F270 (2014).
    doi 10.1149/2.028403jes.

Лицензия

Copyright (c) 2023 А. А. Куликовский

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.