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技術(shù)文章

大電流電解水制氫過程中的交流阻抗測試

閱讀:2624          發(fā)布時(shí)間:2023-6-14

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


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 近幾年來,隨著科研人員對電解水制氫過程研究的深入,,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越多。

在進(jìn)行交流阻抗測試時(shí),,通常大家可能會想到采用方案一的方法(下圖左側(cè)),,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(jié)果會受到電源內(nèi)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)來保持恒流狀態(tài),,這樣電源的輸出會產(chǎn)生相應(yīng)波動(dòng),。因此方案一得到的交流阻抗不是真正電解過程的交流阻抗,同時(shí)會有噪聲干擾信號,。

 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(cè)), 方案二采用和交流電子負(fù)載聯(lián)用的方法,由于Zahner EL1002交流電子負(fù)載特殊的設(shè)計(jì)使交流信號無法進(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(dú)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(zhǔn)確的測試電解過程中的交流阻抗,。


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?案?:直接并聯(lián)EIS 測試                                        ?案?:使?交流電?負(fù)載

(不準(zhǔn)確的測試?法)                                                     (準(zhǔn)確的測試?法)  




測試方案二所需設(shè)備:


1. Zennium pro Zennium X電化學(xué)工作站


image.png  image.png    


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







2. EL1002交流電子負(fù)載


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EL1002 電?負(fù)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(fù)載680A








3. 第三方直流電源


image.png  


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。通過以上設(shè)備聯(lián)用,,可以實(shí)現(xiàn)以下測試功能:

● 最大電壓:100V

● 最大電流:680A

● 電解過程的交流阻抗測試

● 開路狀態(tài)交流阻抗測試


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大電流電解交流阻抗測試應(yīng)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(jī)通過EPC42卡來控制電子負(fù)載EL1002,。整個(gè)測試過程都有軟件控制和數(shù)據(jù)記錄以及阻抗數(shù)據(jù)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(fù)載用于交流信號調(diào)制。軟件控制施加5A交流激勵(lì)信號到電解槽,,同時(shí)通過電子負(fù)載的電壓測試線測量電解槽的響應(yīng)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(shè)置界面





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