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Keywords:

  • Adsorption;
  • Hysterese;
  • Oberflächenbedeckung;
  • PBI-Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen;
  • Phosphorsäure;
  • Tafelgleichung
  • Adsorption;
  • Hysteresis;
  • PBI high temperature PEM fuel cell;
  • Phosphoric acid;
  • Surface coverage;
  • Tafel equation

Abstract

Bei thermischen Zyklisierungsuntersuchungen an Polybenzimidazol-basierten Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen wurde ein stationäres Hystereseverhalten des Zellstroms beobachtet. Über die Tafelgleichungen wird eine Korrelation zur Oberflächenkonzentration von Sauerstoff auf der Platinoberfläche aufgezeigt. Da kein solches Hystereseverhalten der Sauerstoffadsorption auf Platin bekannt ist, wird eine neue Theorie vorgeschlagen, die auf der thermischen Abhängigkeit der Oberflächenbedeckung von Phosphorsäure auf Platin fußt. Die daraus resultierende Adsorptionshysterese wurde mittels einer Monte-Carlo-Simulation als Ursache für die beobachtete Zellstrom-Hysterese bestätigt und durch einen qualitativen Vergleich mit Messdaten aus gealterten Testzellen validiert.

During thermal cycling investigations on polybenzimidazole high temperature polymer electrolyte membrane fuel cells a stationary hysteresis behavior of the cell current was observed. With the Tafel equation a correlation to the surface oxygen concentration on the platinum is given. Because no such hysteresis of oxygen adsorption on platinum is known a new theory is proposed. This theory is based on the thermal dependence of the surface coverage of phosphoric acid on platinum. The resulting adsorption hysteresis is confirmed as being the reason for the observed cell current hysteresis by the results of a Monte Carlo simulation. This is validated through a qualitative comparison with measured data from aged test cells.