在2022高工氫電年會(huì)的燃料電池應(yīng)用專場(chǎng)，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(cè)試及分析方案。他對(duì)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(cè)量方案（對(duì)比）、EIS在PEMFC上的應(yīng)用領(lǐng)域等多個(gè)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(huì)用到交流阻抗（EIS）？總結(jié)下來(lái)主要是電化學(xué)過(guò)程需要建立評(píng)價(jià)體系和驗(yàn)證手段，而交流阻抗（EIS）作為有力的電化學(xué)過(guò)程檢測(cè)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)控制策略需要評(píng)價(jià)體系和驗(yàn)證手段；

 

2、電堆材料、催化劑的關(guān)鍵參數(shù)識(shí)別測(cè)定，電化學(xué)反應(yīng)性能評(píng)估與測(cè)定；

 

3、水管理策略需為氫、空、水三場(chǎng)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(dòng)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(gè)影響因素耦合，難以找到基準(zhǔn)識(shí)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(cè)分析技術(shù)已有商業(yè)化應(yīng)用，它能夠有效檢測(cè)膜干故障，但受限于所檢測(cè)的單一高頻信號(hào)，無(wú)法有效識(shí)別水淹故障，因此在水淹檢測(cè)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(lái)50%——80%的耐久性提升！顯然，如何提升水管理策略和測(cè)試方法是有效提升燃料電池性能和可靠性的關(guān)鍵。

 

對(duì)于以上問(wèn)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(lái)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(cè)試結(jié)果具有一致性。

 

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

 

事實(shí)上，PEMFC是由多個(gè)極化過(guò)程（含極化電阻和弛豫時(shí)間）組成，通過(guò)EIS阻抗可以識(shí)別各個(gè)計(jì)劃過(guò)程的參數(shù)。對(duì)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(kāi)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(wèn)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(cè)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(kāi)發(fā)測(cè)試和智能制造解決方案的創(chuàng)新型技術(shù)企業(yè)，被評(píng)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(hào)。

 

產(chǎn)品方面，針對(duì)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(cè)試設(shè)備。該設(shè)備提高了對(duì)于大功率電堆的阻抗測(cè)試精度，通過(guò)新一代阻抗測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了測(cè)試設(shè)備對(duì)環(huán)境噪音的抗干擾能力。改進(jìn)后的測(cè)試軟件與數(shù)據(jù)處理算法，能夠?qū)崿F(xiàn)快速EIS掃頻測(cè)試功能，將測(cè)試時(shí)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(chǎng)方面，今年以來(lái)律致新能源的系統(tǒng)、電堆和雙極板生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備成功被三一集團(tuán)、航天科技、上氫動(dòng)力等數(shù)十家客戶所采用，幫助客戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和批量生產(chǎn)。接下來(lái)，律致新能源將進(jìn)一步提升工藝整體解決方案的自動(dòng)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(cuò)成本。

 

面向未來(lái)，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(shí)，提升電堆活化的效率，減少活化的時(shí)間與氫氣及能源消耗，進(jìn)一步降低電堆的生產(chǎn)成本。