在2022高工氫電年會的燃料電池應(yīng)用專場，鄧延斌詳細(xì)介紹了大功率質(zhì)子交換膜燃料電池交流阻抗測試及分析方案。他對燃料電池的水管理策略研究現(xiàn)狀、EIS阻抗機(jī)理、大功率EIS測量方案(對比)、EIS在PEMFC上的應(yīng)用領(lǐng)域等多個方面進(jìn)行了深入解讀。

 

交流阻抗（EIS）應(yīng)用分析

 

燃料電池系統(tǒng)為何會用到交流阻抗（EIS）？總結(jié)下來主要是電化學(xué)過程需要建立評價體系和驗(yàn)證手段，而交流阻抗（EIS）作為有力的電化學(xué)過程檢測工具已得到驗(yàn)證，其應(yīng)用具體又分為4大方面：

 

1、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)控制策略需要評價體系和驗(yàn)證手段；

 

2、電堆材料、催化劑的關(guān)鍵參數(shù)識別測定，電化學(xué)反應(yīng)性能評估與測定；

 

3、水管理策略需為氫、空、水三場操作條件修正提供參數(shù)依據(jù)；

 

4、電堆可靠性、耐久性運(yùn)行故障分析設(shè)備。

 

在典型燃料電池系統(tǒng)水管理方法中，電壓波動和壓力降方法在一定程度上可用于電堆膜干水淹故障，但均受多個影響因素耦合，難以找到基準(zhǔn)識別故障源，因此不太適合用于車載燃料電池系統(tǒng)。

 

另一種HFR檢測分析技術(shù)已有商業(yè)化應(yīng)用，它能夠有效檢測膜干故障，但受限于所檢測的單一高頻信號，無法有效識別水淹故障，因此在水淹檢測方面仍存在短板。

 

然而，現(xiàn)階段燃料電池系統(tǒng)的故障中，50%以上的故障與水管理直接相關(guān)，剩余30%的故障與水管理間接相關(guān)。改善水管理策略，將為燃料電池系統(tǒng)帶來50%——80%的耐久性提升！顯然，如何提升水管理策略和測試方法是有效提升燃料電池性能和可靠性的關(guān)鍵。

 

對于以上問題，鄧延斌認(rèn)為，提高水管理的策略，能顯著提高電堆的壽命、性能和耐久性，這就需要比較好的工程方法和工具。綜合來看，交流阻抗（EIS）是應(yīng)用這些領(lǐng)域非常好的工具，其適用廣泛，從膜電極、電堆到系統(tǒng)，測試結(jié)果具有一致性。

 

“電化學(xué)交流阻抗，是對HFR方法的一個升級。”鄧延斌表示，燃料電池系統(tǒng)，內(nèi)部有電化學(xué)過程，EIS測試數(shù)據(jù)對電堆操作條件變化敏感，通過EIS，可以在不破壞被測系統(tǒng)的前提下，獲取被測系統(tǒng)內(nèi)部的動力學(xué)信息。

 

事實(shí)上，PEMFC是由多個極化過程（含極化電阻和弛豫時間）組成，通過EIS阻抗可以識別各個計(jì)劃過程的參數(shù)。對比其它方案，線性EIS是最具潛力的可車載應(yīng)用的燃料電池系統(tǒng)故障診斷及水管理策略開發(fā)的方法。大功率EIS技術(shù)應(yīng)用于電堆設(shè)計(jì)、參數(shù)標(biāo)定、車載策略以及壽命分析，以幫助解決燃料電池的可靠性和耐久性問題。

 

現(xiàn)階段，律致新能源在EIS方面已經(jīng)掌握了高精度阻抗設(shè)備、定量阻抗分析能力、車載阻抗產(chǎn)品、車載阻抗算法四大核心技術(shù)，為燃料電池企業(yè)提供可靠的測試服務(wù)。

 

律致新能源的氫能業(yè)務(wù)概況

 

律致新能源成立于2017年6月，是一家致力于為燃料電池系統(tǒng)及核心零部件提供開發(fā)測試和智能制造解決方案的創(chuàng)新型技術(shù)企業(yè)，被評為2021年度上海市“專精特新”企業(yè)，榮獲“氫燃料電池產(chǎn)業(yè)TOP50”、“2021年度小巨人企業(yè)”等稱號。

 

產(chǎn)品方面，針對大功率燃料電池電堆與系統(tǒng)，律致新能源在2022年推出了用于大功率燃料電池電堆&系統(tǒng)的阻抗測試設(shè)備。該設(shè)備提高了對于大功率電堆的阻抗測試精度，通過新一代阻抗測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了測試設(shè)備對環(huán)境噪音的抗干擾能力。改進(jìn)后的測試軟件與數(shù)據(jù)處理算法，能夠?qū)崿F(xiàn)快速EIS掃頻測試功能，將測試時間縮短至最快30s以內(nèi)，提升了試驗(yàn)的效率與有效性。

 

市場方面，今年以來律致新能源的系統(tǒng)、電堆和雙極板生產(chǎn)測試設(shè)備成功被三一集團(tuán)、航天科技、上氫動力等數(shù)十家客戶所采用，幫助客戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)和批量生產(chǎn)。接下來，律致新能源將進(jìn)一步提升工藝整體解決方案的自動化和智能化程度，為客戶提供覆蓋規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、安調(diào)、維護(hù)、改造等的全生命周期解決方案，并可提供產(chǎn)品試制、試驗(yàn)服務(wù)，減少客戶試錯成本。

 

面向未來，律致新能源將研發(fā)專用的電堆活化設(shè)備，目標(biāo)是在確保電堆活化效果的同時，提升電堆活化的效率，減少活化的時間與氫氣及能源消耗，進(jìn)一步降低電堆的生產(chǎn)成本。