Long term study of directly hybridized proton exchange membrane fuel cell and supercapacitors for transport applications with lower hydrogen losses - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Journal of Energy Storage Année : 2020

Long term study of directly hybridized proton exchange membrane fuel cell and supercapacitors for transport applications with lower hydrogen losses

Résumé

Fuel cells (FC) and supercapacitors (SC) directly hybridized allow instantaneous response to peak energy demands in transportation applications. Under urban driving cycle, Fuel Cell Dynamic Load Cycling (FC_DLC), gases are fed with a minimum gas flow rate, corresponding to a safety limit current density (iSL), inducing hydrogen oversupply. To reduce this oversupply, the present work focuses on iSL impact on the FC performance and durability. Two iSL conditions (0.2 and 0.05 A cm-2), were investigated under long-term FC_DLC runs with or without hybridization. At low iSL, hybridization allows 8 % reduction in hydrogen oversupply; in addition, non-hybridized FC lifetime was found two-time shorter than that of hybridized FC. Erosion of the microporous layer of the gas diffusion layer (GDL) evidenced by scanning electron microscopy at the cathode, results in poorer water management, in consistence with the sudden voltage drops observed and the high increase in through-plane gas permeability in the GDL.
Les piles à combustible (FC) et les supercondensateurs (SC) directement hybrides permettent de répondre instantanément aux pics de demande énergétique dans les applications de transport. Dans le cadre du cycle de conduite urbaine, le cycle de charge dynamique des piles à combustible (FC_DLC), les gaz sont alimentés avec un débit minimum, correspondant à une densité de courant limite de sécurité (iSL), ce qui induit une surabondance d'hydrogène. Afin de réduire cette surabondance, le présent travail se concentre sur l'impact de la DLC sur les performances et la durabilité des piles à combustible. Deux conditions d'iSL (0,2 et 0,05 A cm-2) ont été étudiées dans le cadre d'essais FC_DLC à long terme, avec ou sans hybridation. Dans le cas d'une faible LSI, l'hybridation permet de réduire de 8 % l'excédent d'hydrogène ; en outre, la durée de vie de la FC non hybridée s'est avérée deux fois plus courte que celle de la FC hybridée. L'érosion de la couche microporeuse de la couche de diffusion gazeuse (GDL), mise en évidence par la microscopie électronique à balayage à la cathode, entraîne une moins bonne gestion de l'eau, en cohérence avec les chutes de tension soudaines observées et la forte augmentation de la perméabilité aux gaz à travers le plan dans la GDL.
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hal-02541114 , version 1 (21-04-2020)

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Citer

Divyesh Arora, Caroline Bonnet, Mainak Mukherjee, Suphaporn Arunthanayothin, Anantrao-Vijay Shirsath, et al.. Long term study of directly hybridized proton exchange membrane fuel cell and supercapacitors for transport applications with lower hydrogen losses. Journal of Energy Storage, 2020, 28, pp.101205. ⟨10.1016/j.est.2020.101205⟩. ⟨hal-02541114⟩
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