Water and gas transport across the membrane in AEMFC and PEMFC
Tid: On 2025-06-04 kl 10.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_YMH0Xz3TQtOn8TOpODOfeQ
Språk: Engelska
Ämnesområde: Kemiteknik
Respondent: Nikola Nikolić , Tillämpad elektrokemi
Opponent: Professor Qingfeng Li, Technical University of Denmark (DTU), Danmark
Handledare: Professor Göran Lindbergh, Tillämpad elektrokemi; Professor Rakel Wreland Lindström, Tillämpad elektrokemi; Professor Carina Lagergren, Tillämpad elektrokemi
QC 20250512
Abstract
Effektiv drift och lång livslängd hos polymerelektrolytbränsleceller (PEFC) beror starkt på termodynamiska förhållanden och materialval. Denna avhandling undersöker vattentransport, gaspermeabilitet och korrosion av kolbaserat katalysstöd under realistiska driftsförhållanden i protonutbytande membranbränsleceller (PEMFC) och anjonutbytande membranbränsleceller (AEMFC).
Experimenten genomfördes med realtidsmätning av luftfuktighet, masspektrometri och elektrokemiska metoder, kompletterade med numerisk modellering i COMSOL Multiphysics.
Intresset för PEMFC som arbetar vid låga temperaturer (LT, <80 °C) har skiftat mot intermediära temperaturer (IT, 80–120 °C) för att minska kylsystemens storlek. Även om vattenackumulering minskades vid IT, ledde ökat tryck till motsatt effekt, med prestandabegränsningar kopplade till reducerat syrgastryck (Paper I). Vätgas-crossover ökade med temperatur, tryck och relativ luftfuktighet, och en konvektiv komponent observerades under asymmetriska tryckförhållanden (Paper IV och V).
I AEMFC visade asymmetrisk fuktmatning och dynamiska gasflöden effektiv hydrering. Materialfaktorer som vattenupptag i ionomerer och GDL:s hydrofobicitet hade liten inverkan på vattentransport men påverkade maximal effekt betydligt (Paper II och III). AEM uppvisade lägre gas-crossover än PEM-membran under alla testade förhållanden, särskilt de förstärkta membranen av andra generationen (Paper V).
Kolkorrosion i PEMFC accelererade kraftigt med både temperatur och fuktighet och blev den dominerande reaktionen över 1,1 V, och nästan konstant under de mest extrema testade förhållandena (120 °C och 70 % RH, Paper VI).
Dessa resultat ger nya insikter i optimeringsstrategier och begränsningar för PEFC-system, och understryker vikten av termodynamisk kontroll och robusta material för att uppnå långvarig och högpresterande drift.