Calorimetric investigation on PEM fuel cell

A PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cell is a device that uses hydrogen and oxygen to produce electric energy. As a consequence of the oxidation of hydrogen, heat and electricity are generated. The most common way to measure the performances of a fuel cell is the polarization curve, which gives the relation between the potential and the current. In this way it is possible to allocate and measure the di erent losses which determine the potential of the cell starting from the potential under ideal and reversible conditions. In this work it is used another way for the determination of the contribution of the di erent losses. By means of the calorimetry it is possible to measure and analyse the heat emitted by the fuel cell. Therefore several mechanisms contributes to generate heat, such as the reversible heat, the overpotentials and the ohmic losses. A new design calorimeter is implied to assess the thermal signature of the losses together with their behaviour throughout the conditions of work of the cell. More in details, the measure of the overpotentials, both at the cathode and anode side, are provided via the analysis of the heat. This analysis has been compared to the classical analysis, which uses the electric properties. It has been also investigated the analysis of the di erence between the heat generated at the cathode and at the anode. It can assess how are allocated the sources of heat, which are caused by several mechanism of loss. With the de nition of the thermo-neutral potential it is possible to investigate the mechanisms of reaction occurring in the cell. This is a potential representing the total energy coming out from the reaction between oxidation of hydrogen. Because of the only dependency on the reaction involved, its analysis allows to do some speculation about the kind of mechanism of reaction occurring in the fuel cell and eventually to measure the formation of unwanted products such as hydrogen peroxide (H2O2 ).

Una PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cell e un dispositivo che converte idrogeno e ossigeno in energia elettrica. Come conseguenza dell' ossidazione dell' idrogeno vengono generati calore ed elettricit a. Il modo pi u comune di valutare le prestazioni di una fuel cell e la curva di polarizzazione, la quale mostra le relazione tra tensione e corrente elettrica. E quindi possibile allocare e misurare le diverse perdite che determinano il potenziale elettrico della cella partendo dal potenziale ideale in condizioni reversibili. In questo lavoro e stato utilizzato un altro metodo per la determinazione delle diverse fonti di perdita. Mediante la calorimetria e possibile misurare ed analizzare il calore emesso dalla fuel cell. Infatti diversi meccanismi contribuiscono alla generazione di calore, quali il calore reversibile, gli overpotentials e le perdite di tipo ohmico. A tale scopo e stato impiegato un calorimetro con un nuovo design per l'analisi dell'impronta termica delle diverse perdite. Pi u in dettaglio, la misura degli overpotential al catodo ed all'anodo e stata conseguita mediante l'analisi del calore emesso. Questa analisi e stata confrontata con il metodo classico di misura degli overpotential. E stata anche riportata l'analisi della di erenza tra calore emesso al catodo e all'anodo. Si pu o quindi stabilire come sono allocate le fonti di calore, le quali sono causate dai diversi meccanismi di perdita. Con la de nizione del potenziale termoneutro e possibile investigare i meccanismi di reazione che avvengono nella cella. Il potenziale termoneutro e il rapporto tra, la somma del calore e del lavoro elettrico, e la corrente. E quindi una tensione che rappresenta tutta l'energia generata dall'ossidazione tra ossigeno e idrogeno. Data la sola dipendenza dal tipo di reazione in questione, l'analisi del potenziale termoneutro permette di fare alcune speculazioni sui meccanismi di reazione e sulla misura dell'eventuale formazione prodotti indesiderati, come il perossido di idrogeno (H2O2 ).