Sviluppo di un modello per l'interpretazione degli spettri di impedenza di DMFC

Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) is commonly used as a powerful diagnostic tool for Direct Methanol Fuel Cells (DMFC). Impedance spectra are usually qualitatively interpreted with a numerical fitting on equivalent electrical circuit, but, in this way, only few useful information are achieved. In the present work, a different and original approach is proposed. Equivalent circuit elements are related to DMFC physical quantities, that are obtained from validation of a previously developed steady-state model on experimental polarization curves. An existing impedance model of hydrogen fuel cells has been properly modified, in order to develop a model that permits to simulate DMFC impedance spectra and quantify DMFC internal losses. The developed model has been finally used for the analysis of DMFC degradation tests.

La spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) è diffusamente impiegata come strumento diagnostico per lo studio dei diversi fenomeni che avvengono nelle celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC). L'interpretazione delle misure sperimentali comporta tuttavia alcune problematiche. Comunemente, gli spettri di impedenza vengono analizzati con il metodo dei circuiti elettrici equivalenti. Tale metodo permette di ottenere informazioni prevalentemente qualitative e spesso lacunose. Nel presente lavoro si propone un metodo innovativo per l'interpretazione degli spettri di impedenza, che consiste nel legare gli elementi dei circuiti elettrici equivalenti con le grandezze fisiche caratteristiche della DMFC, ottenute tramite la validazione di un modello stazionario esistente sulle curve di polarizzazione sperimentali. Partendo da un modello di spettri di impedenza per celle a combustibile ad idrogeno, è stato sviluppato un modello che sia in grado di riprodurre gli spettri di una DMFC e che dunque permetta di distinguerne e quantificarne i diversi fenomeni. Il modello sviluppato è stato infine utilizzato come strumento diagnostico per l’interpretazione degli spettri di impedenza, misurati durante le prove di degradazione di una DMFC.