ITPD20090041A1 - CELL TO MEASURE ELECTRIC SPECTRUMS OF MATERIALS IN DEW POINT CONTROLLED CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND TEMPERATURE (DPT) - Google Patents

CELL TO MEASURE ELECTRIC SPECTRUMS OF MATERIALS IN DEW POINT CONTROLLED CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND TEMPERATURE (DPT) Download PDF

Info

Publication number
ITPD20090041A1
ITPD20090041A1 IT000041A ITPD20090041A ITPD20090041A1 IT PD20090041 A1 ITPD20090041 A1 IT PD20090041A1 IT 000041 A IT000041 A IT 000041A IT PD20090041 A ITPD20090041 A IT PD20090041A IT PD20090041 A1 ITPD20090041 A1 IT PD20090041A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
cell
temperature
pressure
points
dew point
Prior art date
Application number
IT000041A
Other languages
Italian (it)
Inventor
Noto Vito Di
Sandra Lavina
Enrico Negro
Giuseppe Pace
Matteo Piga
Original Assignee
Univ Padova
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Padova filed Critical Univ Padova
Priority to IT000041A priority Critical patent/ITPD20090041A1/en
Publication of ITPD20090041A1 publication Critical patent/ITPD20090041A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00Vessels not under pressure
    • F17C3/02Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/08Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

CELLA PER MISURARE SPETTRI ELETRTICI DI MATE LIA IN CONDIZIONI CONTROLLATE DI PRESSIONE, TEMPERATURA E TEMPERATUREA DEW POINT (DPT) CELL FOR MEASURING ELECTRIC SPECTRA OF MATE LIA IN CONTROLLED CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND TEMPERATUREA DEW POINT (DPT)

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo del’invenzione Field of the invention

Il campo dell’invenzione riguarda gli strumenti per la misura in condizioni controllate di pressione, temperatura e temperatura di Dew Point delle proprietà chimico-fìsiche di materiali a conducibilità protonica da impiegare nelle celle a combustibile. The field of the invention relates to instruments for measuring under controlled conditions of pressure, temperature and Dew Point temperature of the chemical-physical properties of materials with proton conductivity to be used in fuel cells.

Stato dell’arte State of the art

Le proprietà elettriche delle celle a combustibile basate su membrane polimeriche a scambio protonico (PEMFC) dipendono fortemente dal contenuto di acqua all’interno della membrana, che deve esser mantenuta in condizioni umide per non subire un decadimento di conducibilità che bloccherebbe il dispositivo. La componente centrale nelle PEMFC è la membrana a scambio protonico (PEM). Al giorno d’oggi la membrana polimerica maggiormente utilizzata nelle PEMFC è il Nafion, prodotto dalla Dupont, che consiste in un polimero perfluorurato contenente gruppi funzionali solfonici. Dal punto di vista microscopico la struttura del Nafion consiste in domini idrofobici contenenti piccoli cluster idrofilici (40 - 100 nm), questi ultimi sono responsabili della maggior parte dell’idrofìlicità del materiale e della conducibilità protonica da parte della membrana. Una membrana di Nafion totalmente idratata può presentare un volume del 22% maggiore rispetto alla stessa membrana in condizioni anidre. In tali condizioni sono presenti circa 20 molecole d’acqua per ciascun gruppo acido (-S03H), portando il Nafion a valori di conducibiltà dell’ordine di 0.1 S/cm. Dal punto di vista applicativo vi sono dei problemi dovuti alla produzione, al mantenimento e all’eliminazione dell’acqua all’interno della membrana polimerica nelle PEMFC. The electrical properties of fuel cells based on proton exchange polymeric membranes (PEMFC) strongly depend on the water content inside the membrane, which must be kept in humid conditions in order not to undergo a conductivity decay that would block the device. The central component in PEMFCs is the proton exchange membrane (PEM). Nowadays the most widely used polymeric membrane in PEMFCs is Nafion, produced by Dupont, which consists of a perfluorinated polymer containing sulphonic functional groups. From a microscopic point of view, the structure of Nafion consists of hydrophobic domains containing small hydrophilic clusters (40 - 100 nm), the latter are responsible for most of the hydrophilicity of the material and the proton conductivity of the membrane. A fully hydrated Nafion membrane can have a volume of 22% greater than the same membrane in anhydrous conditions. In these conditions, there are about 20 water molecules for each acid group (-S03H), bringing Nafion to conductivity values of the order of 0.1 S / cm. From an application point of view, there are problems due to the production, maintenance and elimination of water within the polymeric membrane in PEMFCs.

Infatti bassi livelli di umidità causano la disidratazione della membrana con conseguente crollo della conducibilità, mentre livelli di umidificazione troppo elevati provocano il fenomeno dell’allagamento (“flooding”), che riduce sensibilmente il rendimento della PEMFC. Ne consegue che il contenuto d’acqua all’interno delle PEM è un parametro di fondamentale importanza da conoscere e controllare per l’utilizzo di tali materiali nelle celle a combustibile. Comunemente il contenuto d’acqua all’interno della membrana viene espresso in funzione del numero di molecole d’acqua per gruppo acido (parametro λ), mentre la conducibilità protonica è espressa in funzione di λ, dell’attività del vapore acqueo (aw) e dell’umidità relativa (RH) presente nell’ambiente e della temperatura. Lo studio delle proprietà elettriche delle membrane polimeriche per differenti valori di temperatura e umidità relativa diviene quindi essenziale sia per la comprensione del meccanismo di conduzione protonica che per la definizione delle migliori condizioni da realizzare per l’utilizzo di tali sistemi in PEMFC. In questo brevetto si descrivono la progettazione e la realizzazione di una cella per misure elettriche su matrici solide, a pressione costante, per diversi valori di temperatura e temperatura di Dew Point. In fact, low levels of humidity cause dehydration of the membrane with a consequent collapse of conductivity, while humidification levels that are too high cause the phenomenon of flooding, which significantly reduces the performance of the PEMFC. It follows that the water content inside the PEM is a parameter of fundamental importance to know and control for the use of these materials in fuel cells. Commonly the water content inside the membrane is expressed as a function of the number of water molecules per acid group (parameter λ), while the proton conductivity is expressed as a function of λ, of the water vapor activity (aw) and relative humidity (RH) present in the environment and temperature. The study of the electrical properties of polymeric membranes for different values of temperature and relative humidity therefore becomes essential both for the understanding of the proton conduction mechanism and for the definition of the best conditions to be achieved for the use of such PEMFC systems. This patent describes the design and construction of a cell for electrical measurements on solid matrices, at constant pressure, for different temperature values and Dew Point temperatures.

Descrizione dettagliata della cella di misura Detailed description of the measuring cell

Le Figure 1 e 2 mostrano rispettivamente la veduta dall’alto e in sezione laterale della cella di misura. La cella è costituita da tre camere cilindriche concentriche di acciaio. La camera più interna (i cilindro 1) contiene il comparto portacampione e i sensori di temperatura, Dew Point e pressione. La camera intermedia ( cilindro 2 ) è attraversata da un condotto a serpentina all’ interno del quale fluisce il liquido per la termostatazione. Il liquido di temostatazione entra all’interno della serpentina dal condotto posto alla base della cella ed esce dal condotto posto sulla sua sommità. La camera esterna ( cilindro 3) viene mantenuta sotto vuoto dinamico (condotto “vuoto”, mostrato in Fig.1-2) per isolare termicamente la cella dall’ambiente esterno. Il gas umido entra all’interno della camera interna ( cilindro 1 ) attraverso l’opportuno condotto (“ condotto per l’entrata del gas” di Fig. 1-2): entra quindi in contatto con il campione da analizzare e genera all’interno della cella un valore di umidità relativa fissato. Questo gas di composizione stabilita esce dal “ condotto per l’uscita del gas”, situato sul fondo della cella di misura. La stabilità termica della cella interna è garantita dal liquido di riscaldamento che circola nella camera intermedia e dal vuoto mantenuto nella camera più esterna. I sensori di pressione, temperatura e umidità relativa sono situati in prossimità del campione, per aumentare l’accuratezza nella determinazione dei parametri di misura. Un criterio importante nella progettazione della cella consiste nell’ impaccamelo compatto dei sensori e del comparto portacampione in un volume particolarmente contenuto. Tale configurazione è stata sviluppata con l’intento di ridurre al massimo la possibilità di fenomeni di condensa e derive temporali di temperatura e umidità relativa. Sulla sommità della cella di misura (Fig. 1) sono situati i fori per l’inserzione, all’interno del cilindro 1, dei sensori, del campione e del gas. Figures 1 and 2 respectively show the top and side sectional views of the measuring cell. The cell consists of three concentric cylindrical steel chambers. The innermost chamber (cylinder 1) contains the sample compartment and the temperature, dew point and pressure sensors. The intermediate chamber (cylinder 2) is crossed by a serpentine duct inside which the liquid for thermostating flows. The temperature control liquid enters the coil from the duct located at the base of the cell and exits from the duct located on its top. The external chamber (cylinder 3) is maintained under dynamic vacuum ("empty" duct, shown in Fig.1-2) to thermally isolate the cell from the external environment. The wet gas enters the internal chamber (cylinder 1) through the appropriate duct ("gas inlet duct" in Fig. 1-2): it then comes into contact with the sample to be analyzed and generates at the inside the cell a fixed relative humidity value. This gas of established composition comes out of the "gas outlet pipe", located at the bottom of the measuring cell. The thermal stability of the internal cell is guaranteed by the heating liquid that circulates in the intermediate chamber and by the vacuum maintained in the outermost chamber. The pressure, temperature and relative humidity sensors are located near the sample, to increase the accuracy in determining the measurement parameters. An important criterion in the design of the cell consists in the compact packing of the sensors and the sample holder compartment in a particularly small volume. This configuration was developed with the intention of minimizing the possibility of condensation and temporal drifts in temperature and relative humidity. On the top of the measuring cell (Fig. 1) there are the holes for the insertion, inside the cylinder 1, of the sensors, of the sample and of the gas.

ESEMPI EXAMPLES

Le descrizioni che seguono, devono essere considerate, assieme ai grafici posti in allegato, informazioni specifiche di esempi particolari, riportati solo a scopo illustrativo e non limitativo dell’invenzione. The following descriptions, together with the attached graphs, must be considered specific information of particular examples, reported only for illustrative and not limiting purposes of the invention.

La funzionalità della cella di misura è stata verificata: The functionality of the measuring cell has been verified:

1) Misurando la capacità della cella di mantenere al suo interno valori di temperatura e Dew Point stabili nel tempo ed uguali ai valori impostati (Esempio 1). 1) Measuring the ability of the cell to maintain temperature and Dew Point values inside it stable over time and equal to the set values (Example 1).

2) Utilizzando la cella per misurare le proprietà elettriche, a pressione ambiente e per diversi valori di DPT e temperatura, di una membrana polimerica di riferimento (Esempio 2). 2) Using the cell to measure the electrical properties, at ambient pressure and for different values of DPT and temperature, of a reference polymeric membrane (Example 2).

La cella di misura è stata collegata con il sistema di umidificazione “Dew Point Humidifier System 5SLPM 750/2200W” della Arbin Instruments. Tale sistema è in grado di generare un flusso di gas umidificato fino ad un punto di rugiada massimo di 99°C e di riscaldare il flusso di gas in uscita fino ad una temperatura massima di 140°C. Il gas utilizzato è azoto, umidificato con acqua bidistillata. Il gas proveniente dall’umidificatore entra aH’intemo della cella di misura tramite il “ condotto per l ’ entrata del gas”, mostrato in Fig. 1. Per il riscaldamento della cella di misura è utilizzato un termostato a circolazione Julabo E06, mentre come liquido di termostatazione si è adoperato olio di silicone (EN.CO.S.r.l.) che è dotato di buona stabilità termica e può essere quindi utilizzato in un intervallo di temperatura compreso tra -30 e 180°C. La cella di misura (cilindro 3) è stata collegata alla pompa 803 CIT Alcatei High Vacuum Technology (condotto “vuoto”, mostrato in Fig.1-2) e all’interno della camera “cilindro 3” è stata mantenuta una pressione di IO<'6>bar, per garantire l’isolamento termico dall’ambiente esterno. Le misure elettriche sono state condotte su una membrana di Nafion<®>117 (Dupont), utilizzando l’analizzatore di impedenza Agilent 4294A della Hewlett Packard (HP). Per il controllo delle variabili sperimentali e la raccolta, il salvataggio e la visualizzazione dei dati è stato utilizzato un software sviluppato in laboratorio. The measuring cell was connected to the Arbin Instruments “Dew Point Humidifier System 5SLPM 750 / 2200W” humidification system. This system is able to generate a humidified gas flow up to a maximum dew point of 99 ° C and to heat the outgoing gas flow up to a maximum temperature of 140 ° C. The gas used is nitrogen, humidified with double distilled water. The gas coming from the humidifier enters the measuring cell through the "gas inlet duct", shown in Fig. 1. A Julabo E06 circulation thermostat is used to heat the measuring cell, while as silicone oil (EN.CO.S.r.l.) was used, which has good thermal stability and can therefore be used in a temperature range between -30 and 180 ° C. The measuring cell (cylinder 3) was connected to the 803 CIT Alcatei High Vacuum Technology pump ("empty" duct, shown in Fig.1-2) and a pressure of IO was maintained inside the "cylinder 3" chamber <'6> bar, to ensure thermal insulation from the external environment. Electrical measurements were conducted on a Nafion <®> 117 (Dupont) membrane, using the Hewlett Packard (HP) Agilent 4294A impedance analyzer. For the control of the experimental variables and the collection, saving and visualization of the data, a software developed in the laboratory was used.

Per misurare la pressione all’interno della cella di misura si è utilizzato il trasduttore microminiaturizzato XPCM10 della Leane International s.r.l. Esso presenta un fondo scala da 0 a 10 bar con una precisione di ± 0.5% f.s. Può essere utilizzato in un campo di temperatura che va da -75°C ai 220°C in applicazioni sia statiche che dinamiche. Il sensore è collegato ad un computer che acquisisce e memorizza i dati di pressione nel tempo, grazie ad un programma sviluppato in ambiente LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench). Il programma consente di visualizzare in tempo reale gli andamenti della pressione (bar) e del voltaggio (Vdc) in funzione del tempo (secondi). La misura dell’umidità contenuta nel flusso di azoto è stata eseguita attraverso un sensore Optidew Remote a specchio raffreddato, della Micheli Instruments. Tale sensore funziona da 20°C fino a 115°C e può misurare per ciascuna temperatura i punti di rugiada corrispondenti ad un’umidità relativa compresa tra il 2% ed il 100%, con una precisione di ± 0.2°C per la temperatura di dew point e di ± 0.1 °C per quella di cella. Il sensore Optidew Remote è collegato ad un computer tramite il connettore RS232. Il software Opti-software, versione 1.57 (Aprile 2004), consente di effettuare l’acquisizione dei dati e di visualizzare in tempo reale sullo schermo i parametri misurati. AH’intemo della camera di campionamento (cilindro I) sono presenti due sensori di temperatura, P2 e 02. Il sensore P2, costituito da una termocoppia PT100, è connesso al termostato. Il sensore 02, collegato al sensore di umidità all’interno del cilindro I, è un termometro a 4 fili di platino da 100 Ohm. To measure the pressure inside the measuring cell, the microminiaturized XPCM10 transducer from Leane International s.r.l. was used. It has a full scale from 0 to 10 bar with an accuracy of ± 0.5% f.s. It can be used in a temperature range from -75 ° C to 220 ° C in both static and dynamic applications. The sensor is connected to a computer that acquires and stores the pressure data over time, thanks to a program developed in the LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) environment. The program allows you to view in real time the trends in pressure (bar) and voltage (Vdc) as a function of time (seconds). The measurement of the humidity contained in the nitrogen flow was performed through a cooled mirror Optidew Remote sensor, by Micheli Instruments. This sensor works from 20 ° C up to 115 ° C and can measure for each temperature the dew points corresponding to a relative humidity between 2% and 100%, with an accuracy of ± 0.2 ° C for the temperature of dew point and ± 0.1 ° C for that of the cell. The Optidew Remote sensor is connected to a computer via the RS232 connector. The Opti-software software, version 1.57 (April 2004), allows you to acquire data and display the measured parameters in real time on the screen. Inside the sampling chamber (cylinder I) there are two temperature sensors, P2 and 02. The P2 sensor, consisting of a PT100 thermocouple, is connected to the thermostat. Sensor 02, connected to the humidity sensor inside cylinder I, is a 100 Ohm 4-wire platinum thermometer.

La Figura 3 riporta uno schema a blocchi che mostra l’assemblaggio dello strumento oggetto della presente invenzione, realizzato per misure elettriche in condizioni controllate di pressione, temperatura e umidità relativa. Il blocco A comprende il sistema di umidificazione, il blocco B descrive la cella di misura, il blocco C mostra i sensori per il controllo della pressione, dell’umidità relativa e della temperatura. I Blocchi D ed E indicano rispettivamente il termostato per il riscaldamento del campione e lo spettrometro per le misure dielettriche a banda larga (BDS). Figure 3 shows a block diagram showing the assembly of the instrument object of the present invention, made for electrical measurements in controlled conditions of pressure, temperature and relative humidity. Block A includes the humidification system, block B describes the measuring cell, block C shows the sensors for controlling pressure, relative humidity and temperature. Blocks D and E indicate respectively the thermostat for heating the sample and the spectrometer for broadband dielectric measurements (BDS).

Esempio 1 Example 1

L’esempio descrive delle misure effettuate per verificare la stabilità dei parametri all’interno della cella di misura, delle temperature di cella (GAST) e di Dew Point (DPT) del gas proveniente dall’umidificatore. Le misure sono state effettuate impostando diverse combinazioni tra la temperatura di Dew Point e la temperatura di uscita del gas, a pressione costante (~1.35 Bar). Nelle Fig. 4 e 5 si mostra che il sistema, all’interno della cella di misura, per le temperature di 60 e 100°C raggiunge il valore di Dew Point impostato, sia in riscadamento che in raffreddamento. The example describes the measurements made to verify the stability of the parameters inside the measuring cell, the cell temperatures (GAST) and the Dew Point (DPT) of the gas coming from the humidifier. The measurements were carried out by setting different combinations between the Dew Point temperature and the gas outlet temperature, at constant pressure (~ 1.35 Bar). In Figs. 4 and 5 it is shown that the system, inside the measuring cell, reaches the set Dew Point value for temperatures of 60 and 100 ° C, both in heating and in cooling.

La Figura 6 mostra chiaramente che la cella è in grado di mantenere stabilmente nel tempo al suo interno una DPT di 99°C ad una temperatura di cella di 105°C, con oscillazioni entro ± 0.2°C. Le parti a) e b) di Figura 7 mostrano rispettivamente la capacità della cella di mantenere stabilmente al suo interno il gas secco alle temperature di 75 e 90°C. Figure 6 clearly shows that the cell is able to stably maintain a DPT of 99 ° C inside it over time at a cell temperature of 105 ° C, with oscillations within ± 0.2 ° C. Parts a) and b) of Figure 7 respectively show the capacity of the cell to keep the dry gas stably inside it at temperatures of 75 and 90 ° C.

Esempio 2 Example 2

In questo esempio si riportano le misure elettriche eseguite su una membrana di Nafion<®>117 (Dupont), mediante la cella oggetto della seguente invenzione, operante per diverse combinazioni di GAS T = 50, 70, 90 °C e DPT, (vedi Tabella 1). La membrana, opportunamente lavata e attivata secondo procedure standard [V. Di Noto, M. Piga, L. Piga, S. Polizzi and E. Negro, J. Power Sources, 178, 561-574 (2008)], è stata posta all’interno della cella portacampione e seccata per 1 notte in flusso d’azoto, così da ottenere come stato di riferimento iniziale del materiale quello totalmente secco. In questo modo è possibile studiare la relazione tra il responso elettrico della membrana e la quantità di acqua all’ interno del materiale assorbita in condizioni note di umidità ambientale. This example shows the electrical measurements performed on a membrane of Nafion <®> 117 (Dupont), by means of the cell object of the following invention, operating for different combinations of GAS T = 50, 70, 90 ° C and DPT, (see Table 1). The membrane, properly washed and activated according to standard procedures [V. Di Noto, M. Piga, L. Piga, S. Polizzi and E. Negro, J. Power Sources, 178, 561-574 (2008)], was placed inside the sample holder cell and dried for 1 night in flow of nitrogen, so as to obtain the totally dry state of reference of the material. In this way it is possible to study the relationship between the electrical response of the membrane and the amount of water inside the material absorbed in known conditions of environmental humidity.

Durante le misure elettriche le condizioni sperimentali (pressione, DPT e GAS T) all’interno della cella oggetto della presente invenzione, sono state mantenute costanti e monitorate via computer tramite i software interfacciati ai sensori, come mostrato nello schema dello strumento completo di Fig. 3. During the electrical measurements, the experimental conditions (pressure, DPT and GAS T) inside the cell object of the present invention were kept constant and monitored by computer through the software interfaced with the sensors, as shown in the diagram of the complete instrument in Fig. 3.

A titolo di esempio, i profili degli spettri elettrici della membrana di Nailon sono stati raccolti in un intervallo di frequenza compreso tra 40 e IO<6>Hz adoperando diverse combinazioni di temperatura di cella (GAS T) e di dew point (DPT), come schematicamente riportato in Tab.l. As an example, the profiles of the electrical spectra of the Nylon membrane were collected in a frequency range between 40 and 10 <6> Hz using different combinations of cell temperature (GAS T) and dew point (DPT), as schematically reported in Tab.l.

Nelle sezioni a) b) e c) di Figura 8 si riportano gli spettri della conducibilità reale σ’ e della permittività immaginaria ε”, misurati in funzione della frequenza e della DPT a valori di GAS T pari a 50, 70 e 90°C rispettivamente. Sections a) b) and c) of Figure 8 show the spectra of real conductivity σ 'and imaginary permittivity ε ", measured as a function of frequency and DPT at GAS T values equal to 50, 70 and 90 ° C respectively .

E’ chiaramente evidente che le grandezze elettriche misurate per la membrana di Nailon 117 dipendono significativamente dal contenuto d’acqua presente all’interno della cella (e quindi adsorbite dal campione in esame). In particolare i valori della conducibilità σDC, aumentano all’aumentare sia del contenuto d’acqua (DPT) all’interno della membrana che della temperatura di cella (GAS T), come mostrato in Fig. 9. It is clearly evident that the electrical quantities measured for the Nylon 117 membrane significantly depend on the water content present inside the cell (and therefore adsorbed by the sample under examination). In particular, the values of the σDC conductivity increase as both the water content (DPT) inside the membrane and the cell temperature (GAS T) increase, as shown in Fig. 9.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

Fig·!· Vista dall’alto della cella di misura oggetto della presente invenzione: a) sezione A-A; b) sezione B-B. In particolare sono raffigurati i fori d’entrata dei sensori di Dew Point, di temperatura, di pressione e della cella portacampione. In figura sono riportati anche i condotti per l’ingresso del gas e il collegamento con la pompa da vuoto. Fig ·! · Top view of the measuring cell object of the present invention: a) section A-A; b) section B-B. In particular, the inlet holes of the Dew Point, temperature, pressure and sample cell sensors are shown. The figure also shows the ducts for the gas inlet and the connection with the vacuum pump.

Fig.2. Vista in sezione della cella di misura oggetto della presente invenzione: a) sezione A-A; b) sezione B-B. La cella consiste di tre camere cilindriche concentriche. La camera più interna (i cilindro 1 ) contiene la cella portacampione e i sensori di temperatura, umidità e pressione; la camera intermedia ( cilindro 2) è attraversata da un ricircolo di fluido di termostatazione mentre la camera esterna ( cilindro 3) viene posta sotto vuoto al fine di garantire l’isolamento termico dall’ambiente esterno. Fig. 2. Sectional view of the measuring cell object of the present invention: a) section A-A; b) section B-B. The cell consists of three concentric cylindrical chambers. The innermost chamber (cylinder 1) contains the sample holder cell and the temperature, humidity and pressure sensors; the intermediate chamber (cylinder 2) is crossed by a recirculation of thermostatic fluid while the external chamber (cylinder 3) is placed under vacuum in order to ensure thermal insulation from the external environment.

Fig.3. Schema a blocchi dello strumento oggetto della presente invenzione per realizzare misure elettriche su materiali a temperatura, pressione e umidità relativa (RH%) controllata. Il blocco A comprende il sistema di umidificazione, il blocco B descrive la cella di misura, il blocco C mostra i sensori per il controllo della pressione, dell’umidità relativa e della temperatura. I Blocchi D ed E indicano rispettivamente il termostato per il riscaldamento del campione e lo spettrometro per le misure dielettriche a banda larga (BDS). Fig.3. Block diagram of the instrument object of the present invention for carrying out electrical measurements on materials at controlled temperature, pressure and relative humidity (RH%). Block A includes the humidification system, block B describes the measuring cell, block C shows the sensors for controlling pressure, relative humidity and temperature. Blocks D and E indicate respectively the thermostat for heating the sample and the spectrometer for broadband dielectric measurements (BDS).

Fig.4. Dipendenza dal tempo di DPT (set point di 24.5 e 50°C), per una temperatura di cella pari a GAS T = 60°C. Fig. 4. Dependence on the DPT time (set point of 24.5 and 50 ° C), for a cabinet temperature equal to GAS T = 60 ° C.

Fig.5. Dipendenza dal tempo di DPT (set point di 75 e 90°C), per una temperatura di cella pari a GAS T = 100°C. Fig. 5. Dependence on the DPT time (set point of 75 and 90 ° C), for a cabinet temperature equal to GAS T = 100 ° C.

Fig.6. Dipendenza dal tempo della temperatura di Dew Point DPT (set point di 99°C) e GAS T 105°C. Il riquadro b), in condizioni di stabilità, mostra un’oscillazione entro ± 0.2°C di DPT. Fig. 6. Time dependence of the temperature of Dew Point DPT (set point of 99 ° C) and GAS T 105 ° C. Box b), in stable conditions, shows an oscillation within ± 0.2 ° C of DPT.

Fig.7. Dipendenza dal tempo della temperatura di cella (GAS T) a DPT = 0°C, per un set point di 75°C a) e 90°C b). Fig. 7. Time dependence of the cabinet temperature (GAS T) at DPT = 0 ° C, for a set point of 75 ° C a) and 90 ° C b).

Fig.8. Spettri di σ’ ed ε” di un campione di Nafion 117 misurati a diversi valori di DPT e di GAS T: a) 50°C; b) 70°C; c) 90°C. Fig. 8. Spectra of σ ’and ε" of a sample of Nafion 117 measured at different values of DPT and GAS T: a) 50 ° C; b) 70 ° C; c) 90 ° C.

Fig.9. Dipendenza di log[σDC] dalla temperatura di dew point, DPT, per una membrana di Nafion 117 ad una temperatura di cella pari a GAS T = 50, 70 e 90°C. Fig.9. Dependence of log [σDC] on the dew point temperature, DPT, for a membrane of Nafion 117 at a cell temperature equal to GAS T = 50, 70 and 90 ° C.

Claims (9)

CELLA PER MISURARE SPETTRI ELETRTICI DI MATELIA IN CONDIZIONI CONTROLLATE DI PRESSIONE, TEMPERATURA E TEMPERATUREA DEW POINT (DPT) Rivendicazioni 1. Cella a tre camere (di misura, di termostatazione e di isolamento) per la misura automatica di proprietà chimico-fisiche di materiali in condizioni controllate di temperatura di cella, di Dew Point e di pressione. CELL FOR MEASURING ELECTRIC SPECTRA OF MATELIA IN CONTROLLED CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND TEMPERATURE AT DEW POINT (DPT) Claims 1. Three-chamber cell (measurement, thermostating and insulation) for the automatic measurement of chemical-physical properties of materials under controlled conditions of cell temperature, Dew Point and pressure. 2. La cella come al punto 1, che consente l’utilizzo di diversi tipi di gas e liquidi (solventi volatili) per la saturazione controllata del gas e quindi del DPT. 2. The cell as in point 1, which allows the use of different types of gases and liquids (volatile solvents) for the controlled saturation of the gas and therefore of the DPT. 3. La cella come ai punti 1 e 2 da collegare a diversi strumenti e apparecchiature, come ad esempio: sistemi di umidificazione; sensori per il controllo della pressione, dell’umidità relativa e della temperatura; termostati e strumenti per la misura di proprietà chimico-fisiche diverse del campione in analisi. 3. The cell as in points 1 and 2 to be connected to different instruments and equipment, such as: humidification systems; sensors for controlling pressure, relative humidity and temperature; thermostats and instruments for measuring different chemical-physical properties of the sample under analysis. 4. La cella come ai punti 1-3 costituita da tre camere cilindriche concentriche in acciaio. Dove la camera più esterna è mantenuta sottovuoto per garantire l’isolamento termico dall' ambiente esterno, quella intermedia è attraversata da un liquido per il riscaldamento ed il mantenimento della temperatura e la cella più interna serve per ospitare la cella di misura del campione ed i sensori di temperatura, pressione e dew point. 4. The cell as in points 1-3 consists of three concentric cylindrical steel chambers. Where the outermost chamber is kept under vacuum to ensure thermal insulation from the external environment, the intermediate one is crossed by a liquid for heating and maintaining the temperature and the innermost cell serves to house the sample measuring cell and the temperature, pressure and dew point sensors. 5. Cella come nei punti 1-4 in grado di alloggiare sistemi per realizzare misure elettriche, sensoristiche, ottiche, elettrochimiche e di massa attraverso microbilance convenzionali o di quarzo. 5. Cell as in points 1-4 capable of housing systems for carrying out electrical, sensor, optical, electrochemical and mass measurements using conventional or quartz microbalances. 6. Uso della cella dei punti 1-4 per realizzare combinazioni strumentali, come schematizzato in Fig.l e al fine di effettuare tutte le misure previste nel punto 5. 6. Use of the cell of points 1-4 to make instrumental combinations, as schematized in Fig.l and in order to carry out all the measurements provided for in point 5. 7. Cella come nei punti 1-4 dove il riscaldamento della cella più interna avviene in qualsiasi modo. 7. Cell as in points 1-4 where heating of the innermost cell occurs in any way. 8. Cella come nei punti 1 -4 dove la stabilità termica della cella interna è garantita dal liquido riscaldante presente nella camera intermedia e dal vuoto (IO<'6>bar) creato nella camera più esterna in qualsiasi modo. 8. Cell as in points 1 -4 where the thermal stability of the internal cell is guaranteed by the heating liquid present in the intermediate chamber and by the vacuum (10 <'6> bar) created in the outermost chamber in any way. 9. Cella come nei punti 1-4 equipaggiata nel compartimento più interno di sensori di pressione, temperatura e umidità relativa posti in prossimità del campione al fine di aumentare l’accuratezza nella determinazione dei parametri di misura.9. Cell as in points 1-4 equipped in the innermost compartment with pressure, temperature and relative humidity sensors placed near the sample in order to increase the accuracy in determining the measurement parameters.
IT000041A 2009-03-10 2009-03-10 CELL TO MEASURE ELECTRIC SPECTRUMS OF MATERIALS IN DEW POINT CONTROLLED CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND TEMPERATURE (DPT) ITPD20090041A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000041A ITPD20090041A1 (en) 2009-03-10 2009-03-10 CELL TO MEASURE ELECTRIC SPECTRUMS OF MATERIALS IN DEW POINT CONTROLLED CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND TEMPERATURE (DPT)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000041A ITPD20090041A1 (en) 2009-03-10 2009-03-10 CELL TO MEASURE ELECTRIC SPECTRUMS OF MATERIALS IN DEW POINT CONTROLLED CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND TEMPERATURE (DPT)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITPD20090041A1 true ITPD20090041A1 (en) 2010-09-11

Family

ID=41350686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT000041A ITPD20090041A1 (en) 2009-03-10 2009-03-10 CELL TO MEASURE ELECTRIC SPECTRUMS OF MATERIALS IN DEW POINT CONTROLLED CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND TEMPERATURE (DPT)

Country Status (1)

Country Link
IT (1) ITPD20090041A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0192551A2 (en) * 1985-02-12 1986-08-27 Total Raffinage Distribution S.A. Method and apparatus for the determination of the defrosting point of carbureactors
US20040243327A1 (en) * 2003-05-29 2004-12-02 Shuichi Matsuo Thermoelectric measuring method and thermoelectric measuring apparatus using thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0192551A2 (en) * 1985-02-12 1986-08-27 Total Raffinage Distribution S.A. Method and apparatus for the determination of the defrosting point of carbureactors
US20040243327A1 (en) * 2003-05-29 2004-12-02 Shuichi Matsuo Thermoelectric measuring method and thermoelectric measuring apparatus using thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Study on the characteristics of GDL with different PTFE content and its effect on the performance of PEMFC
Mench et al. In situ water distribution measurements in a polymer electrolyte fuel cell
CN104459323B (en) Humiture controllable conductivity testing device and operation method thereof
Thomas et al. Measurements of electrode temperatures, heat and water fluxes in PEMFCs: conclusions about transfer mechanisms
Feindel et al. Insights into the distribution of water in a self-humidifying H2/O2 proton-exchange membrane fuel cell using 1H NMR microscopy
Cahalan et al. Experimental set-up for analysis of membranes used in external membrane humidification of PEM fuel cells
Lin et al. In situ measurement of temperature distribution within a single polymer electrolyte membrane fuel cell
Kuhn et al. Dynamic fuel cell gas humidification system
Hinds et al. Novel in situ measurements of relative humidity in a polymer electrolyte membrane fuel cell
Khalifa Flux enhanced water gap membrane distillation process-circulation of gap water
Peng et al. Operando μ-Raman study of the actual water content of perfluorosulfonic acid membranes in the fuel cell
David et al. In situ measurement of relative humidity in a PEM fuel cell using fibre Bragg grating sensors
Casalegno et al. Flooding of the diffusion layer in a polymer electrolyte fuel cell: Experimental and modelling analysis
Wolfenstetter et al. Experimental study on water transport in membrane humidifiers for polymer electrolyte membrane fuel cells
ITRM20090581A1 (en) DEVICE FOR DETECTION OF VOLATILE SUBSTANCES, USING EQUIPMENT OF THIS DEVICE AND ITS FUNCTIONING METHOD.
Kang et al. Two dimensional dynamic modeling of a shell-and-tube water-to-gas membrane humidifier for proton exchange membrane fuel cell
CN203982238U (en) Quick constant gas humidity generating means
ITPD20090041A1 (en) CELL TO MEASURE ELECTRIC SPECTRUMS OF MATERIALS IN DEW POINT CONTROLLED CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND TEMPERATURE (DPT)
Choi et al. 3D computational fluid dynamics-based analysis of water transfer characteristics of hollow fiber membrane for gas-to-gas membrane humidifier
Zvizdic et al. New primary dew-point generators at HMI/FSB-LPM in the Range from− 70° C to+ 60° C
US20040013228A1 (en) X-ray analysis system with humidified sample
US20110094292A1 (en) Apparatus for air property measurement
Bresciani et al. Water transport into PEFC gas diffusion layer: experimental characterization of diffusion and permeation
ITPD20130012U1 (en) APPARATUS FOR MEASURING ELECTRIC SPECTRUMS OF MATERIALS IN CONTROLLED CONDITIONS OF DEW POINT PRESSURE, TEMPERATURE AND TEMPERATURE (DPT).
Wang et al. Characteristics of heat and water transfer through a porous plate