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大電流電解水制氫過(guò)程中的交流阻抗測試
更新時(shí)間:2023-06-14   點(diǎn)擊次數:1376次

氫作為未來(lái)的燃料正在迅速普及,氫能作為綠色能源已經(jīng)應用于發(fā)電和燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(FCEV)。而綠色的制氫途徑是使用電和水通過(guò)電解的方法產(chǎn)生氫,電解是將電流通過(guò)電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)時(shí)在陰極和陽(yáng)極上發(fā)生氧化還原反應的過(guò)程。目前主要有以下幾種電解水的實(shí)驗方法:


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 近幾年來(lái),隨著(zhù)科研人員對電解水制氫過(guò)程研究的深入,特別是在大電流密度的固態(tài)氧化物電解(SOEC)技術(shù)研究中,對交流阻抗測試的需求也越來(lái)越多。

在進(jìn)行交流阻抗測試時(shí),通常大家可能會(huì )想到采用方案一的方法(下圖左側),即直接把電化學(xué)工作站和電解電流源并聯(lián)在電解槽的兩端。此種測試方法的測試結果會(huì )受到電源內部阻抗的影響(電阻,容抗), 另外在交流阻抗測試時(shí),部分交流信號會(huì )進(jìn)入到電解電源,而工作在恒流模式的電源需要抵消交流信號的波動(dòng)來(lái)保持恒流狀態(tài),這樣電源的輸出會(huì )產(chǎn)生相應波動(dòng)。因此方案一得到的交流阻抗不是真正電解過(guò)程的交流阻抗,同時(shí)會(huì )有噪聲干擾信號。

 針對方案一的這種情況,Zahner公司提供了方案二的測試方法(下圖右側), 方案二采用和交流電子負載聯(lián)用的方法,由于Zahner EL1002交流電子負載特殊的設計使交流信號無(wú)法進(jìn)入到直流電解電源上,這樣直流電流和交流電流是兩個(gè)獨立的回路,即使在比較大的電流情況下也互不影響。因此方案二可以準確的測試電解過(guò)程中的交流阻抗。


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?案?:直接并聯(lián)EIS 測試                                        ?案?:使?交流電?負載

(不準確的測試?法)                                                     (準確的測試?法)  




測試方案二所需設備:


1. Zennium pro Zennium X電化學(xué)工作站


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Zennium ProZennium X
電流3A4A
電壓15V15V
交流阻抗10μHz-8MHz







2. EL1002交流電子負載


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EL1002 電?負載
最大電流200A
最大電壓100V
最大功率1000W
第三方電源或電子負載680A








3. 第三方直流電源


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第三方可編程直流電源:

電流限制:680A,具有恒流模式

 

4. 選配 PAD4 附件

可以對電堆中每個(gè)單元進(jìn)行交流阻抗測試。 Zennium X工作站最多可以配置16個(gè)通道。通過(guò)以上設備聯(lián)用,可以實(shí)現以下測試功能:

● 最大電壓:100V

● 最大電流:680A

● 電解過(guò)程的交流阻抗測試

● 開(kāi)路狀態(tài)交流阻抗測試


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大電流電解交流阻抗測試應用方案二舉例如下:

該測試方案適合測試高電壓和大電流樣電解過(guò)程中的交流阻抗測試。方案中使用第三方大電流電源,Zennium pro/x主機通過(guò)EPC42卡來(lái)控制電子負載EL1002。整個(gè)測試過(guò)程都有軟件控制和數據記錄以及阻抗數據分析。

在此例子中,第三方電源提供恒定的110A直流電流。其中100A施加到電解槽上。10A流向電子負載用于交流信號調制。軟件控制施加5A交流激勵信號到電解槽,同時(shí)通過(guò)電子負載的電壓測試線(xiàn)測量電解槽的響應電壓,從而得到在大電流電解時(shí)的交流阻抗譜圖(EIS)。


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連接示意圖及電解電流100A 和EIS 交流擾動(dòng)電流5A 設置界面





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