大電流電解水制氫過程中的交流阻抗測試

氫作為未來的燃料正在迅速普及，氫能作為綠色能源已經應用于發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生氫，電解是將電流通過電解質溶液或熔融態電解質時在陰極和陽極上發生氧化還原反應的過程。目前主要有以下幾種電解水的實驗方法：

 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氧化物電解(SOEC)技術研究中，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)，即直接把電化學工作站和電解電流源并聯在電解槽的兩端。此種測試方法的測試結果會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，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，這樣電源的輸出會產生相應波動。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), 方案二采用和交流電子負載聯用的方法，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。

?案?：直接并聯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 或Zennium X電化學工作站

2. EL1002交流電子負載

3. 第三方直流電源

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。通過以上設備聯用，可以實現以下測試功能：

● 最大電壓：100V

● 最大電流：680A

● 電解過程的交流阻抗測試

● 開路狀態交流阻抗測試

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，同時通過電子負載的電壓測試線測量電解槽的響應電壓，從而得到在大電流電解時的交流阻抗譜圖（EIS）。

連接示意圖及電解電流100A 和EIS 交流擾動電流5A 設置界面