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Operando μ -Raman study of the actual water content of perfluorosulfonic acid membranes in the fuel cell

Authors :
S. Deabate
Patrice Huguet
Pascal Schott
Arnaud Morin
Zhe Peng
Vasilica Badets
Thi Bich Hue Tran
Mikhaël Porozhnyy
Victor Nikonenko
Laboratoire de Chimie Physique D'Orsay (LCPO)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Sciences Moléculaires (ISM)
Université Montesquieu - Bordeaux 4-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Européen des membranes (IEM)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN)
Institut National de L'Energie Solaire (INES)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Montesquieu - Bordeaux 4-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université Montesquieu - Bordeaux 4-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Source :
Journal of Power Sources, Journal of Power Sources, 2017, 356, pp.200-211. ⟨10.1016/j.jpowsour.2017.04.095⟩, Journal of Power Sources, Elsevier, 2017, 356, pp.200-211. ⟨10.1016/j.jpowsour.2017.04.095⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

Operando μ-Raman spectroscopy is used to probe the water distribution across Nafion® and Aquivion™ membranes in the operating fuel cell. The through-plane water concentration profile is obtained with μm resolution at the middle of the active surface, both at the gas distribution channel and at the under-lands areas. Depth-resolved measurements carried out at room temperature show that the water content of both membranes increases with the increase of the feed gas relative humidity and decreases with the increase of stoichiometry. At given relative humidity and stoichiometry conditions, the water content first increases at the fuel cell start-up and, then, decreases progressively with the increase of the current density delivered by the cell. The water loss is due to the concomitant rise of pressure drops and of the cell inner temperature, the latter giving the larger contribution. Pressure drops are related to the increase of the feed gases fluxes while temperature rise is due to increasing ohmic losses and heat from the electrochemical reaction. Compared to Nafion, Aquivion exhibits larger water content, but similar dehydration rate as a function of ohmic losses, and larger water accumulation at the under-lands area compared to channel.

Details

Language :
English
ISSN :
03787753 and 18732755
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Power Sources, Journal of Power Sources, 2017, 356, pp.200-211. ⟨10.1016/j.jpowsour.2017.04.095⟩, Journal of Power Sources, Elsevier, 2017, 356, pp.200-211. ⟨10.1016/j.jpowsour.2017.04.095⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....32e0535aa31a3433f3c2dac8be912e6a