Verteilung der Relaxationszeiten-basierte Impedanzanalyse von inkrementellen PEM-Wasserelektrolysezellen

Wir präsentieren Impedanzspektren und die zugehörige Analyse der Verteilung der Relaxationszeiten (DRT) von druckbeaufsichtigten PEM-Wasserelektrolyse (PEMWE) Einkammerzellden, die mit einer neu entwickelten Testbank gewonnen wurden, einschließlich einer inkrementellen (Nullgradienten) Zelle für homogene Betriebsbedingungen. Der Aufbau ermöglicht reproduzierbare elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)-Messungen über technisch sinnvolle Bereiche von Betriebsparametern. Die DRT-Analyse zeigt, dass Variationen der Stromdichte (0,01–7 A cm −2 ) erhebliche Probleme mit dem gängigen Ansatz aufzeigen, einen elektrochemischen Prozess einer festen Relaxationsfrequenz zuzuordnen. Wir zeigen, dass sich einzelne Peaks ihre Relaxationsfrequenz signifikant von dem mHz-Bereich bei niedrigen Stromdichten (0,01 A cm −2 ) bis in den kHz-Bereich bei 7 A cm −2 verschieben. Wir zeigen Variationen der Stromdichte, Temperatur, Druck und Wasserflussrate, die fünf kapazitive und einen niederfrequenten induktiven Peak offenbaren. Unsere Ergebnisse betonen die Bedeutung detaillierter Variationen der Betriebsparameter für die genaue Zuordnung und Modellierung elektrochemischer Prozesse in PEMWE-Zellen. • DRT-basierte Impedanzanalyse von PEMWE-Einkammerzellen. • Neue Testbank und Nullgradienten-Testzelle für druckbeaufsichtigten Betrieb. • Einfluss von variierenden Parametern auf DRT-Peaks analysiert. • Neuartige Studien bei hohen Stromdichten bis zu 7 A cm −2 • Die Zuordnung von DRT-Peaks zu elektrochemischen Prozessen bei festen Frequenzen ist irreführend.