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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:2645          發(fā)布時間: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驗方法:


image.png


 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。

在進行交流阻抗測試時,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,部分交流信號會進入到電解電源,而工作在恒流模式的電源需要抵消交流信號的波動來保持恒流狀態(tài),這樣電源的輸出會產(chǎn)生相應(yīng)波動。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載聯(lián)用的方法,由于Zahner EL1002交流電子負載特殊的設(shè)計使交流信號無法進入到直流電解電源上,這樣直流電流和交流電流是兩個獨立的回路,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程中的交流阻抗。


image.png       image.png

?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(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交流電子負載


image.png  


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


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

可以對電堆中每個單元進行交流阻抗測試。 Zennium X工作站最多可以配置16個通道。通過以上設(shè)備聯(lián)用,可以實現(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


image.png


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主機通過EPC42卡來控制電子負載EL1002。整個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流向電子負載用于交流信號調(diào)制。軟件控制施加5A交流激勵信號到電解槽,同時通過電子負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的交流阻抗譜圖(EIS)


image.png


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





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