AEM電解水電堆/單片EIS同步測試（DRT分析）

對(duì)AEM（陰離子交換膜）電解水裝置進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試，能夠非破壞性地獲取單片電池內(nèi)部電化學(xué)過程的詳細(xì)信息，為電堆性能優(yōu)化、故障診斷和壽命預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。

單片EIS測試的核心價(jià)值

1. 精準(zhǔn)定位與診斷優(yōu)勢

問題精準(zhǔn)定位：整堆EIS測試反映的是所有單片的平均行為，難以識(shí)別具體哪一片出現(xiàn)問題，而單片EIS測試能精確鎖定性能異常的單體電池。

一致性評(píng)估：通過對(duì)電堆中多個(gè)單片進(jìn)行EIS測試，可以評(píng)估電堆內(nèi)部各單片的性能一致性，這是電堆性能和壽命的關(guān)鍵制約因素。

干擾排除：單片測試可以排除相鄰單片、端板效應(yīng)、流場和歧管設(shè)計(jì)等因素的干擾，更純粹地反映該片膜電極組件本身的性能。

2. 非破壞性原位監(jiān)測能力

無需拆解電堆：單片EIS測試可在電堆運(yùn)行時(shí)對(duì)多個(gè)單片同時(shí)進(jìn)行原位測試，無需拆解電堆，能夠在不破壞電堆結(jié)構(gòu)的情況下獲取內(nèi)部關(guān)鍵信息。

實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測：通過定期進(jìn)行單片EIS測試，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電堆中各單片的健康狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題。

單片EIS測試的數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

1. 阻抗譜特征解析

歐姆阻抗（Rs）：反映電解液和電極的內(nèi)阻

電荷轉(zhuǎn)移阻抗（Rct）：反映電極/電解液界面的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

傳質(zhì)阻抗（Zw）：反映反應(yīng)物供應(yīng)和產(chǎn)物排出的效率

2. 實(shí)際應(yīng)用場景

老化衰減分析：通過對(duì)比不同時(shí)間點(diǎn)的單片EIS數(shù)據(jù)，可以定量分析電堆各單片的衰減程度。

故障診斷：單片EIS測試可有效識(shí)別膜干、水淹、欠氣、單低等故障。

工藝優(yōu)化：通過分析單片EIS數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化電堆操作條件，如氣體流量、溫度、濕度、壓力等參數(shù)。

實(shí)際測試展示

測試樣品：7片裝，95平方厘米，AEM電解槽

測試設(shè)備：IPS MegaEIS 30V/400A/12kW/EIS10 電化學(xué)測試站

                 NBT E-TS AEM-2kW 測試臺(tái)

測試條件：0.2mol/L KOH，80℃，陽極單側(cè)進(jìn)樣

EIS測試條件：DC 47.5A, 95A, 142.5A；10%DC振幅；10kHz-0.1Hz, 10 points/decade

EIS測試對(duì)象：整堆，第1、3、5、7片

                                                                         0.5A/1A/1.5A電流密度下整堆EIS對(duì)比                                                                                                          0.5A電流密度下整堆與第1/3/5/7片EIS對(duì)比

                                           0.5A電流密度下第1/3/5/7片EIS對(duì)比                                                             1A電流密度下第1/3/5/7片EIS對(duì)比                                                                      1.5A電流密度下第1/3/5/7片EIS對(duì)比

0.5A電流密度下第1/3/5/7片EIS的DRT處理對(duì)比

EIS結(jié)果表明，在不同電流密度下，單片性能從高到低排序?yàn)镃ell 7、Cell 3、Cell 5和 Cell 1。通過DRT分析0.5A電流密度下的EIS結(jié)果，發(fā)現(xiàn)除Cell 5 HER性能最差以外，其余3片HER過程的性能幾乎一樣；OER性能從高到底排序?yàn)镃ell 7、Cell 5、Cell 3和Cell 1, Cell 7的OER性能最佳；在傳質(zhì)性能上，每片性能接近；在0.5A電流密度下，傳質(zhì)過程對(duì)整體性能最小。                    

 0.5A/1.5A電流密度下第1/7片EIS對(duì)比和DRT處理對(duì)比

雖然在EIS結(jié)果中，Cell 1和Cell 7在高電流密度下都表現(xiàn)出了更高的性能，但是性能的提升來源卻不一樣。從DRT結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)，Cell 1的HER性能在1.5A電流密度下有顯著的提升，這也是Cell 1在高電流密度下性能提升的主要原因；而對(duì)于Cell 7, HER性能在1.5A電流密度下變差，OER性能的提升是Cell 7在高電流密度下性能提升的主要原因；不同于EIS曲線表現(xiàn)，更高的電流密度，傳質(zhì)過程并沒有帶來更大的阻力，反而得到了小幅度優(yōu)化；在1.5A電流密度下，傳質(zhì)過程仍然沒有限制整體電解水性能的提升。