Implementation of DEIS for reliable fault monitoring and detection in PEMFC single cells and stacks - Publikacja - MOST Wiedzy

Twoje konto

zaloguj

Wyszukiwarka

Implementation of DEIS for reliable fault monitoring and detection in PEMFC single cells and stacks

Abstrakt

Dynamic Electrochemical Impedance Spectroscopy (DEIS) was presented as novel method for diagnostic and monitoring of PEMFC stack and single cells operation. Impedance characteristics were obtained simultaneously with current - voltage characteristics for stack and each individual cell. Impedance measurements were performed in galvanodynamic mode. It allowed to compare performance of each cell and identification of faulty cell operation for activation, ohmic and mass transfer losses regions. The biggest difference in impedance value between healthy and faulty cell was registered for mass transfer losses region. The authors discussed the statistical selection of an equivalent circuit based on the course of χ2 value in the function of current.

Cytowania

  • 2 4

    CrossRef

  • 0

    Web of Science

  • 2 6

    Scopus

Autorzy (7)

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 55 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY-NC-ND otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
Opublikowano w:
ELECTROCHIMICA ACTA nr 292, strony 383 - 389,
ISSN: 0013-4686
Język:
angielski
Rok wydania:
2018
Opis bibliograficzny:
Darowicki K., Janicka E., Mielniczek M., Zieliński A., Gaweł Ł., Mitzel J., Hunger J.: Implementation of DEIS for reliable fault monitoring and detection in PEMFC single cells and stacks// ELECTROCHIMICA ACTA. -Vol. 292, (2018), s.383-389
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1016/j.electacta.2018.09.105
Bibliografia: test
  1. C.A. Cottrell, S.E. Grasman, M. Thomas, K.B. Martin, J.W. Sheffield, Strategies for stationary and portable fuel cell markets, Int. J. Hydrog. Energy. 36 (2011) 7969-7975. doi:10.1016/j.ijhydene.2011.01.056. otwiera się w nowej karcie
  2. J. Hamelin, K. Agbossou, A. Laperrière, F. Laurencelle, T..
  3. Bose, Dynamic behavior of a PEM fuel cell stack for stationary applications, Int. J. Hydrog. Energy. 26 (2001) 625-629. doi:10.1016/S0360-3199(00)00121-X. otwiera się w nowej karcie
  4. Y. Devrim, H. Devrim, I. Eroglu, Development of 500 W PEM fuel cell stack for portable power generators, Int. J. Hydrog. Energy. 40 (2015) 7707-7719. doi:10.1016/j.ijhydene.2015.02.005. otwiera się w nowej karcie
  5. F. Achmad, S.K. Kamarudin, W.R.W. Daud, E.H. Majlan, Passive direct methanol fuel cells for portable electronic devices, Appl. Energy. 88 (2011) 1681-1689. doi:10.1016/j.apenergy.2010.11.012. otwiera się w nowej karcie
  6. B. Allaoua, K. Asnoune, B. Mebarki, Energy management of PEM fuel cell/ supercapacitor hybrid power sources for an electric vehicle, Int. J. Hydrog. Energy. 42 (2017) 21158-21166. doi:10.1016/j.ijhydene.2017.06.209. otwiera się w nowej karcie
  7. Z. Hou, R. Wang, K. Wang, W. Shi, D. Xing, H. Jiang, Failure mode investigation of fuel cell for vehicle application, Front. Energy. 11 (2017) 318-325. doi:10.1007/s11708-017-0488-0. otwiera się w nowej karcie
  8. M. Vinothkannan, A.R. Kim, G. Gnana kumar, D.J. Yoo, Sulfonated graphene oxide/Nafion composite membranes for high temperature and low humidity proton exchange membrane fuel cells, RSC Adv. 8 (2018) 7494-7508. doi:10.1039/C7RA12768E. otwiera się w nowej karcie
  9. M. Vinothkannan, A.R. Kim, G. Gnana kumar, J.-M. Yoon, D.J. Yoo, Toward improved mechanical strength, oxidative stability and proton conductivity of an aligned quadratic hybrid (SPEEK/FPAPB/Fe 3 O 4 -FGO) membrane for application in high temperature and low humidity fuel cells, RSC Adv. 7 (2017) 39034-39048. doi:10.1039/C7RA07063B. otwiera się w nowej karcie
  10. A. Sahin, The development of Speek/Pva/Teos blend membrane for proton exchange membrane fuel cells, Electrochimica Acta. 271 (2018) 127-136. doi:10.1016/j.electacta.2018.03.145. otwiera się w nowej karcie
  11. M. Gil, X. Ji, X. Li, H. Na, J. Eric Hampsey, Y. Lu, Direct synthesis of sulfonated aromatic poly(ether ether ketone) proton exchange membranes for fuel cell applications, J. Membr. Sci. 234 (2004) 75-81. doi:10.1016/j.memsci.2003.12.021. otwiera się w nowej karcie
  12. B. Wang, H. Deng, K. Jiao, Purge strategy optimization of proton exchange membrane fuel cell with anode recirculation, Appl. Energy. 225 (2018) 1-13. doi:10.1016/j.apenergy.2018.04.058. otwiera się w nowej karcie
  13. P. Liang, D. Qiu, L. Peng, P. Yi, X. Lai, J. Ni, Contact resistance prediction of proton exchange membrane fuel cell considering fabrication characteristics of metallic bipolar plates, Energy Convers. Manag. 169 (2018) 334-344. doi:10.1016/j.enconman.2018.05.069. otwiera się w nowej karcie
  14. P. Gabrielli, M. Gazzani, M. Mazzotti, Electrochemical conversion technologies for optimal design of decentralized multi-energy systems: Modeling framework and technology assessment, Appl. Energy. 221 (2018) 557-575. doi:10.1016/j.apenergy.2018.03.149. otwiera się w nowej karcie
  15. D. Benouioua, D. Candusso, F. Harel, L. Oukhellou, Multifractal Analysis of Stack Voltage Based on Wavelet Leaders: A New Tool for PEMFC Diagnosis, Fuel Cells. 17 (2017) 217-224. doi:10.1002/fuce.201600029. otwiera się w nowej karcie
  16. E. Denisov, Y.K. Evdokimov, R.R. Nigmatullin, S. Martemianov, A. Thomas, N. Adiutantov, Spectral method for PEMFC operation mode monitoring based on electrical fluctuation analysis, Sci. Iran. 24 (2017) 1437-1447. doi:10.24200/sci.2017.4125. otwiera się w nowej karcie
  17. M.A. Rubio, K. Bethune, A. Urquia, J. St-Pierre, Proton exchange membrane fuel cell failure mode early diagnosis with wavelet analysis of electrochemical noise, Int. J. Hydrog. Energy. 41 (2016) 14991-15001. doi:10.1016/j.ijhydene.2016.05.292. otwiera się w nowej karcie
  18. E. Frappé, A. De Bernardinis, O. Bethoux, D. Candusso, F. Harel, C. Marchand, G. Coquery, PEM fuel cell fault detection and identification using differential method: simulation and experimental validation, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 54 (2011) 23412. doi:10.1051/epjap/2011100277. otwiera się w nowej karcie
  19. Y.-H. Lee, S. Yoo, J. Kim, Development of Real-time Diagnosis Method for PEMFC Stack via Intermodulation Method, Trans. Korean Soc. Automot. Eng. 22 (2014) 76-83. doi:10.7467/KSAE.2014.22.7.076. otwiera się w nowej karcie
  20. EIS Diagnosis for PEM Fuel Cell Performance, in: Electrochem. Impedance Spectrosc. PEM Fuel Cells, Springer London, London, 2010: pp. 193-262. doi:10.1007/978-1-84882-846-9_5. otwiera się w nowej karcie
  21. E. Ramschak, V. Peinecke, P. Prenninger, T. Schaffer, W. Baumgartner, V. Hacker, Online stack monitoring tool for dynamically and stationary operated fuel cell systems, Fuel Cells Bull. 2006 (2006) 12-15. doi:10.1016/S1464-2859(06)71207-X. otwiera się w nowej karcie
  22. X.-Z. Yuan, C. Song, H. Wang, J. Zhang, Electrochemical Impedance Spectroscopy in PEM Fuel Cells, Springer London, London, 2010. doi:10.1007/978-1-84882-846-9. otwiera się w nowej karcie
  23. Y. Li, J. Yang, J. Song, Structure models and nano energy system design for proton exchange membrane fuel cells in electric energy vehicles, Renew. Sustain. Energy Rev. 67 (2017) 160- 172. doi:10.1016/j.rser.2016.09.030. otwiera się w nowej karcie
  24. E.C. Kumbur, M.M. Mench, FUEL CELLS -PROTON-EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS | Water Management, in: Encycl. Electrochem. Power Sources, Elsevier, 2009: pp. 828-847. doi:10.1016/B978-044452745-5.00862-5. otwiera się w nowej karcie
  25. A. Şahin, İ. Ar, Synthesis, characterization and fuel cell performance tests of boric acid and boron phosphate doped, sulphonated and phosphonated poly(vinyl alcohol) based composite membranes, J. Power Sources. 288 (2015) 426-433. doi:10.1016/j.jpowsour.2015.03.188. otwiera się w nowej karcie
  26. A. Ozden, M. Ercelik, Y. Devrim, C.O. Colpan, F. Hamdullahpur, Evaluation of sulfonated polysulfone/zirconium hydrogen phosphate composite membranes for direct methanol fuel cells, Electrochimica Acta. 256 (2017) 196-210. doi:10.1016/j.electacta.2017.10.002. otwiera się w nowej karcie
  27. M.J. Parnian, S. Rowshanzamir, A.K. Prasad, S.G. Advani, High durability sulfonated poly (ether ether ketone)-ceria nanocomposite membranes for proton exchange membrane fuel cell applications, J. Membr. Sci. 556 (2018) 12-22. doi:10.1016/j.memsci.2018.03.083. otwiera się w nowej karcie
  28. P. Mohanta, F. Regnet, L. Jörissen, Graphitized Carbon: A Promising Stable Cathode Catalyst Support Material for Long Term PEMFC Applications, Materials. 11 (2018) 907. doi:10.3390/ma11060907. otwiera się w nowej karcie
  29. J. Jang, J.G. Lee, H.J. Hwang, O. Kwon, O.S. Jeon, Y. Ji, Y.G. Shul, Role of Nitrogen-Doped Carbon Nanofibers Inside Polymer Membranes for Enhancing Fuel Cell Performance, Energy Technol. 6 (2018) 998-1002. doi:10.1002/ente.201700642. otwiera się w nowej karcie
  30. J. Maya-Cornejo, A. Garcia-Bernabé, V. Compañ, Bimetallic Pt-M electrocatalysts supported on single-wall carbon nanotubes for hydrogen and methanol electrooxidation in fuel cells applications, Int. J. Hydrog. Energy. 43 (2018) 872-884. doi:10.1016/j.ijhydene.2017.10.097. otwiera się w nowej karcie
  31. C. de Beer, P.S. Barendse, P. Pillay, B. Bullecks, R. Rengaswamy, Classification of High- Temperature PEM Fuel Cell Degradation Mechanisms Using Equivalent Circuits, IEEE Trans. Ind. Electron. 62 (2015) 5265-5274. doi:10.1109/TIE.2015.2393292. otwiera się w nowej karcie
  32. M. Pérez-Page, V. Pérez-Herranz, Study of the electrochemical behaviour of a 300 W PEM fuel cell stack by Electrochemical Impedance Spectroscopy, Int. J. Hydrog. Energy. 39 (2014) 4009- 4015. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.05.121. otwiera się w nowej karcie
  33. I. Pivac, B. Šimić, F. Barbir, Experimental diagnostics and modeling of inductive phenomena at low frequencies in impedance spectra of proton exchange membrane fuel cells, J. Power Sources. 365 (2017) 240-248. doi:10.1016/j.jpowsour.2017.08.087. otwiera się w nowej karcie
  34. J. Wysocka, S. Krakowiak, J. Ryl, K. Darowicki, Investigation of the electrochemical behaviour of AA1050 aluminium alloy in aqueous alkaline solutions using Dynamic Electrochemical Impedance Spectroscopy, J. Electroanal. Chem. 778 (2016) 126-136. doi:10.1016/j.jelechem.2016.08.028. otwiera się w nowej karcie
  35. J. Orlikowski, K. Darowicki, Investigations of pitting corrosion of magnesium by means of DEIS and acoustic emission, Electrochimica Acta. 56 (2011) 7880-7884. doi:10.1016/j.electacta.2010.12.021. otwiera się w nowej karcie
  36. A. Arutunow, K. Darowicki, DEIS evaluation of the relative effective surface area of AISI 304 stainless steel dissolution process in conditions of intergranular corrosion, Electrochimica Acta. 54 (2009) 1034-1041. doi:10.1016/j.electacta.2008.08.045. otwiera się w nowej karcie
  37. J. Ryl, K. Darowicki, P. Slepski, Evaluation of cavitation erosion-corrosion degradation of mild steel by means of dynamic impedance spectroscopy in galvanostatic mode, Corros. Sci. 53 (2011) 1873-1879. doi:10.1016/j.corsci.2011.02.004. otwiera się w nowej karcie
  38. P. Slepski, E. Janicka, A comprehensive analysis of impedance of the electrochemical cell, Russ. J. Electrochem. 50 (2014) 379-384. doi:10.1134/S1023193513090103. otwiera się w nowej karcie
  39. P. Slepski, K. Darowicki, E. Janicka, A. Sierczynska, Application of electrochemical impedance spectroscopy to monitoring discharging process of nickel/metal hydride battery, J. Power Sources. 241 (2013) 121-126. doi:10.1016/j.jpowsour.2013.04.039. otwiera się w nowej karcie
  40. P. Slepski, E. Janicka, K. Darowicki, B. Pierozynski, Impedance monitoring of fuel cell stacks, J. Solid State Electrochem. 19 (2015) 929-933. doi:10.1007/s10008-014-2676-8. otwiera się w nowej karcie
  41. K. Darowicki, E. Janicka, P. Slepski, Study of Direct Methanol Fuel Cell Process Dynamics Using Dynamic Electrochemical Impedance Spectroscopy, Int. J. Electrochem. Sci. 7 (2012) 12090- 12097.
  42. European Stack Test project website. http://stacktest.zsw-bw.de/, 2015 (accessed 13 January 2018). otwiera się w nowej karcie
  43. J. Mitzel, E. Gülzow, A. Kabza, J. Hunger, S.S. Araya, P. Piela, I. Alecha, G. Tsotridis, Identification of critical parameters for PEMFC stack performance characterization and control strategies for reliable and comparable stack benchmarking, Int. J. Hydrog. Energy. 41 (2016) 21415-21426. doi:10.1016/j.ijhydene.2016.08.065. otwiera się w nowej karcie
  44. P. Slepski, K. Darowicki, E. Janicka, G. Lentka, A complete impedance analysis of electrochemical cells used as energy sources, J. Solid State Electrochem. 16 (2012) 3539-3549. doi:10.1007/s10008-012-1825-1. otwiera się w nowej karcie
  45. J. Wu, X.-Z. Yuan, J.J. Martin, H. Wang, FUEL CELLS -PROTON-EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS | Life-Limiting Considerations, in: Encycl. Electrochem. Power Sources, Elsevier, 2009: pp. 848-867. doi:10.1016/B978-044452745-5.00894-7. otwiera się w nowej karcie
  46. M. Ciureanu, R. Roberge, Electrochemical Impedance Study of PEM Fuel Cells. Experimental Diagnostics and Modeling of Air Cathodes, J. Phys. Chem. B. 105 (2001) 3531-3539. doi:10.1021/jp003273p. otwiera się w nowej karcie
  47. S. Cruz-Manzo, R. Chen, P. Rama, Study of current distribution and oxygen diffusion in the fuel cell cathode catalyst layer through electrochemical impedance spectroscopy, Int. J. Hydrog. Energy. 38 (2013) 1702-1713. doi:10.1016/j.ijhydene.2012.08.141. otwiera się w nowej karcie
  48. F.J. Pinar, M. Rastedt, A. Dyck, P. Wagner, Long-term Operation of High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells with Fuel Composition Switching and Oxygen Enrichment, Fuel Cells. 18 (2018) 260-269. doi:10.1002/fuce.201700115. otwiera się w nowej karcie
  49. P. Hong, J. Li, L. Xu, M. Ouyang, C. Fang, Modeling and simulation of parallel DC/DC converters for online AC impedance estimation of PEM fuel cell stack, Int. J. Hydrog. Energy. 41 (2016) 3004-3014. doi:10.1016/j.ijhydene.2015.11.129. otwiera się w nowej karcie
  50. R. Makharia, M.F. Mathias, D.R. Baker, Measurement of Catalyst Layer Electrolyte Resistance in PEFCs Using Electrochemical Impedance Spectroscopy, J. Electrochem. Soc. 152 (2005) A970. doi:10.1149/1.1888367. otwiera się w nowej karcie
  51. K. Wiezell, P. Gode, G. Lindbergh, Steady-State and EIS Investigations of Hydrogen Electrodes and Membranes in Polymer Electrolyte Fuel Cells, J. Electrochem. Soc. 153 (2006) A749. doi:10.1149/1.2172559. otwiera się w nowej karcie
  52. M.G. Hosseini, P. Zardari, Electrocatalytical study of carbon supported Pt, Ru and bimetallic Pt- Ru nanoparticles for oxygen reduction reaction in alkaline media, Appl. Surf. Sci. 345 (2015) 223-231. doi:10.1016/j.apsusc.2015.03.146. otwiera się w nowej karcie
  53. A.Z. Weber, R.L. Borup, R.M. Darling, P.K. Das, T.J. Dursch, W. Gu, D. Harvey, A. Kusoglu, S. Litster, M.M. Mench, R. Mukundan, J.P. Owejan, J.G. Pharoah, M. Secanell, I.V. Zenyuk, A Critical Review of Modeling Transport Phenomena in Polymer-Electrolyte Fuel Cells, J. Electrochem. Soc. 161 (2014) F1254-F1299. doi:10.1149/2.0751412jes. otwiera się w nowej karcie
  54. T.E. Springer, Characterization of Polymer Electrolyte Fuel Cells Using AC Impedance Spectroscopy, J. Electrochem. Soc. 143 (1996) 587. doi:10.1149/1.1836485. otwiera się w nowej karcie
  55. K. Darowicki, L. Gawel, Impedance Measurement and Selection of Electrochemical Equivalent Circuit of a Working PEM Fuel Cell Cathode, Electrocatalysis. 8 (2017) 235-244. doi:10.1007/s12678-017-0363-0. otwiera się w nowej karcie
  56. M.E. Orazem, B. Tribollet, Electrochemical Impedance Spectroscopy: Orazem/Electrochemical, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA, 2008. doi:10.1002/9780470381588.ch19. otwiera się w nowej karcie
  57. D. Conteau, C. Bonnet, D. Funfschilling, M. Weber, S. Didierjean, F. Lapicque, Detection of Liquid Water in PEM Fuel Cells' Channels: Design and Validation of a Microsensor, Fuel Cells. 10 (2010) 520-529. doi:10.1002/fuce.200900167. otwiera się w nowej karcie
Źródła finansowania:
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 194 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

The influence of dynamic load changes on temporary impedance in hydrogen fuel cells, selection and validation of the electrical equivalent circuit

2019

Impedance Measurement and Selection of Electrochemical Equivalent Circuit of a Working PEM Fuel Cell Cathode

2017

Impedance monitoring of fuel cell stacks

2015

Optimization of the Relative Humidity of Reactant Gases in Hydrogen Fuel Cells Using Dynamic Impedance Measurements

2021
Meta Tagi