A Unit Cell Model of a Regenerative Hydrogen-Vanadium Fuel Cell

过电位 交换电流密度 塔菲尔方程 阴极 阳极 电化学动力学 热力学 化学 材料科学 电化学 核工程 电极 物理 物理化学 工程类
作者
Catalina Pino-Muñoz,Harini Hewa Dewage,Vladimir Yufit,Nigel P. Brandon
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:164 (14): F1717-F1732 被引量:17
标识
DOI:10.1149/2.1431714jes
摘要

In this study, a time dependent model for a regenerative hydrogen-vanadium fuel cell is introduced. This lumped isothermal model is based on mass conservation and electrochemical kinetics, and it simulates the cell working potential considering the major ohmic resistances, a complete Butler–Volmer kinetics for the cathode overpotential and a Tafel–Volmer kinetics near mass-transport free conditions for the anode overpotential. Comparison of model simulations against experimental data was performed by using a 25 cm2 lab scale prototype operated in galvanostatic mode at different current density values (). A complete Nernst equation derived from thermodynamic principles was fitted to open circuit potential data, enabling a global activity coefficient to be estimated. The model prediction of the cell potential of one single charge-discharge cycle at a current density of was used to calibrate the model and a model validation was carried out against six additional data sets, which showed a reasonably good agreement between the model simulation of the cell potential and the experimental data with a Root Mean Square Error (RMSE) in the range of 0.3–6.1% and 1.3–8.8% for charge and discharge, respectively. The results for the evolution of species concentrations in the cathode and anode are presented for one data set. The proposed model permits study of the key factors that limit the performance of the system and is capable of converging to a meaningful solution relatively fast (s–min).
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