Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền màng điện ly trong pin nhiên liệu ở điều kiện thử bền hỗn hợp cơ – hóa học

##plugins.themes.academic_pro.article.main##

Author

  • Ngô Phi Mạnh
    Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng
    Kohei Ito
    Trường Đại học Kyushu, Nhật Bản

Từ khóa:

Pin nhiên liệu
bài thử bền màng điện ly
lưu lượng khí rò
hiệu điện thế không tải
ảnh nhiệt

Tóm tắt

Bài báo làm rõ ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của màng điện ly trong pin nhiên liệu. Màng điện ly Nafion NR211 sau khi được phun tạo các lớp xúc tác sẽ được lắp vào một tế bào nhiên liệu được thiết kế với một ô kính có hệ số xuyên qua cao ở cực âm. Màng được thử bền bằng cách thay đổi độ ẩm tương đối dòng khí hy-dro theo chu kỳ ở điều kiện không tải, ở 80 và 90°C. Dưới tác động đồng thời của hai cơ chế cơ học và hóa học, màng hư hại sau 500 chu kỳ ở hai nhiệt độ. Các điểm nóng trên ảnh nhiệt được chụp bởi camera hồng ngoại ở cực âm xuất hiện trùng với thời điểm hư hại của màng điện ly ở 80°C. Trong khi, các điểm nóng xuất hiện sau 900 chu kỳ ở 90°C. Độ ẩm cao hơn ở 90°C đã kìm hãm tốc độ hư hại của màng. Các vết nứt và một lỗ rò lớn được phát hiện trên màng điện ly bởi kính hiển vi điện tử quét tại các vị trí xuất hiện điểm nóng.

Tài liệu tham khảo

    [1] Ryan Baker and Jiujun Zhang. “Proton exchange membrane or polymer electrolyte membrane (pem) fuel cells”. April, 2011. https://knowledge.electrochem.org/encycl/art-f04-fuel-cells-pem.htm. Truy cập ngày: 24/6/2022.
    [2] Department of Energy of the United States, “Fuel Cell Technical Team Roadmap” (2017). https://www.energy.gov/sites/default/files/2017/11/f46/FCTT_Roadmap_Nov_2017_FINAL.pdf.
    [3] Zaton, J. Roziere and D. J. Jones. “Current understanding of chemical degradation mechanisms of perfluorosulfonic acid membranes and their mitigation strategies: a review”. Sustainable Energy Fuels, 2017, Volume 1, Page 409-438.
    [4] Stanic, Vesna, Hoberecht, Mark. “Mechanism of Pinhole Formation in Membrane Electrode Assemblies for PEM Fuel Cells”. Proceedings - Electrochemical Society, 2004, Volume 21, pp. 391-401.
    [5] Lakshmanan, Balasubramanian & Huang, Wayne & Olmeijer, David & Weidner, John. “Polyetheretherketone Membranes for Elevated Temperature PEMFCs”. Electrochemical and Solid State Letters - Electrochem solid state lett. 6. 10.1149/1.1619647.
    [6] Sumit Kundu, Leonardo C. Simon, Michael Fowler, Stephen Grot, “Mechanical properties of Nafion™ electrolyte membranes under hydrated conditions”. Polymer, 2005, Volume 46, Issue 25, Pages 11707-11715.
    [7] US Department of Energy, “DOE cell component accelerated stress test protocols for PEM fuel cells”, (2007). https://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/pdfs/component_durability_profile.pdf.
    [8] Kusoglu, A.Z. Weber. “New Insights into Perfluorinated Sulfonic-Acid Ionomers”. Chemical Reviews 117 (3) (2017) 987–1104.
    [9] Kai, Y, Kitayama, Y, Omiya, M, Uchiyama, T, & Kato, M. “Crack Formation on Membrane Electrode Assembly (MEA) Under Static and Cyclic Loadings”. Proceedings of the ASME 2012 10th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology collocated with the ASME 2012 6th International Conference on Energy Sustainability. ASME 2012 10th International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology. San Diego, California, USA. July 23–26, 2012. pp. 143-151.
    [10] R. Tarasevich, A. Sadkowski, E. Yeager B.E. Conway, J.O'M. Bockris, E. Yeager, S.U.M. Khan, R.E. White (Eds.), Comprehensive Treatise of Electrochemistry, 7, Plenum Press, New York (1983), p. 301.
    [11] A. Sethuraman, J.W. Weidner, A. T. Haug, S. Motupally, L.V. Protsailo, “Hydrogen Peroxide Formation Rates in a PEMFC Anode and Cathode”, J. Electrochem. Soc. 155 (2008) B50-B57.
    [12] Parthasarathy, S. Srinivasan, A. J. Appleby, C.R. Martin “Temperature Dependence of the Electrode Kinetics of Oxygen Reduction at the Platinum/Nafion® Interface—A Microelectrode Investigation”, J. Electrochem. Soc. 139 (1992) 2530.
    [13] Dawn M. Bernardi, Mark W. Verbrugge, “Mathematical model of a gas diffusion electrode bonded to a polymer electrolyte”, AIChE Journal, 37 (1991) 1151-1163.
    [14] B. LaConti, M. Hamdan, and R. C. McDonald. “Handbook of Fuel Cells: Fundamentals, Technology, and Applications, Vol. 3”. W. Vielstich, A. Lamm, and H. A. Gasteiger, Editors, Wiley, New York, 2003.
    [15] Weizhong Lü, Zhixiang Liu, Cheng Wang, Zongqiang Mao, Milin Zhang, “The effects of pinholes on proton exchange membrane fuel cell performance”, International Journal of Energy Research, 35 (2011) 24-30.
    [16] Sumit Kundu, Leonardo C. Simon, Michael Fowler, Stephen Grot, “Mechanical properties of Nafion™ electrolyte membranes under hydrated conditions”. Polymer, 2005, Volume 46, Issue 25, Pages 11707-11715.
Xem thêm

##plugins.themes.academic_pro.article.sidebar##

Đã Xuất bản

Oct 31, 2022
Download
PDF
Cách trích dẫn
Ngô Phi Mạnh, và Kohei Ito. “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền màng điện Ly Trong Pin Nhiên liệu ở điều kiện thử bền hỗn hợp Cơ – hóa học”. Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, vol 20, số p.h 10.2, Tháng Mười 2022, tr 17-24, https://jst-ud.vn/jst-ud/article/view/7973.

##plugins.themes.academic_pro.article.details##