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Automotive Subzero Cold-Start Quasi-Adiabatic Proton Exchange Membrane Fuel Cell Fixture: Design and Validation

机译：汽车低于零的冷启动准绝热质子交换膜燃料电池固定装置：设计与验证

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Subzero automotive cold-starts of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stacks require accelerated thermal rises to achieve nominal operating conditions and close-to-instantaneous usable output power. Advances in the material, structure and operational dependence on the balance between the maximum power output and the electrochemical conversion of hydrogen and oxygen into water requires validation with subzero cold-starts. Herein are presented the design and validation of a quasi-adiabatic PEMFC to enable single-cell evaluation, which would provide a more cost-effective option than stack-level testing. At –20 °C, the operational dependence of the preconditioned water content (3.2 verse 6.2) for a galvanic cold-start (<600 mA cm ) was counter to that of a laboratory-scale isothermal water fill test (10 mA cm ). The higher water content resulted in a faster startup to appreciable power output within 0.39 min versus 0.65 min. The water storage capacity, as determined from the isothermal water fill test, was greater, for the lower initial water content of 3.2, than 6.2, 17.4 ± 0.3 mg versus 12.8 ± 0.4 mg, respectively. Potentiostatic cold-starts produced usable power in 0.09 min. The versatility and reproducibility of the single cell quasi-adiabatic fixture avail it to future universal cold-start stack relevant analyzes involving operational parameters and advanced materials, including: applied load, preconditioning, interchanging flow field structures, diffusion media, and catalyst coated membranes.
机译：质子交换膜燃料电池（PEMFC）电池组的低于零度的汽车冷启动需要加速热量上升，以实现正常的工作条件和接近瞬时的可用输出功率。材料，结构和操作相关性的进步取决于最大功率输出与氢和氧向水的电化学转化之间的平衡，因此需要通过低于零的冷启动进行验证。本文介绍了准绝热PEMFC的设计和验证，以实现单电池评估，这将提供比堆叠级测试更具成本效益的选择。在–20°C时，对电冷启动（<600 mA cm）的预处理水含量（3.2与6.2）的操作相关性与实验室规模的等温水填充测试（10 mA cm）的操作相关性相反。较高的水含量导致0.39分钟（0.65分钟）内更快地启动到可观的功率输出。根据较低的3.2初始水含量，通过等温水填充测试确定的储水量分别大于6.2、17.4±0.3 mg和12.8±0.4 mg。恒电位冷启动在0.09分钟内产生了可用功率。单细胞准绝热夹具的多功能性和可重复性可用于涉及操作参数和高级材料的未来通用冷启动堆栈相关分析，包括：施加的载荷，预处理，互换的流场结构，扩散介质和催化剂涂覆的膜。

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