• 歡迎訪問上海政飛電子科技有限公司官方網站!
    客戶服務熱線: 021-52212899
    產品目錄
    聯系我們
    上海政飛電子科技有限公司
    地址:上海市寶山區滬太支路1398號1層
    您的位置: 網站首頁 >> 技術文章 >> 燃料電池電化學阻抗測試

    燃料電池電化學阻抗測試

    發布日期: 2022-04-13
    瀏覽人氣: 437

    質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC) :是一種采用可傳導質子的聚合膜作為電解質,將存在于燃料中的化學能通過電化學反應直接轉化為電能的發電裝置。具有能量轉換率高、環境友好、安靜、可靠性高、能量密度高等特點,是非常有發展前途的發電技術,一直以來都是科研院所及企業研究的熱點。



    EIS測試


    PEMFC由于其結構復雜,電池內部的電化學機理仍處于探索階段。通常PEMFC的性能會受到外部運行條件以及內部組件的影響,這使得電池行為復雜化,對研究提升其性能造成了很大的挑戰。

    化學阻抗譜(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)是一種暫態電化學測量技術,屬于交流信號測量范疇,具有測量速度快、對研究對象表面狀態干擾少的特點,能夠對電極過程動力學及表面狀態進行模擬及表征,已在電化學機理判斷上做出了重大貢獻。

    EIS是采用一個頻率可變的小幅正弦波電壓(或電流)信號,對測試體系微擾以激勵阻抗響應,從而得到體系相應參數。一般要求擾動的電壓信號振幅在5-15mV,電流信號在工作電流10%以下。

    分析阻抗譜一般采用兩種手段:

    一、建立數學模型并求出模型參數,然后推測電極系統的動力學過程及機理,此種方法能夠呈現阻抗譜數據的特點,但在燃料電池反應機理推測及假設上十分困難。

    二、根據擬合結果倒推阻抗譜的等效電路圖,通過明確電路中的基礎元件及物理意義,判斷電極過程及機理,其難點是基礎元件與電池內部的聯系,如圖1所示。EIS在燃料電池電池領域的應用上,主要是通過電池的電路模型,以明確電化學參數的意義,大多數電池碰到的問題是在于難以區分其陰極、陽極貢獻,對電極的單獨研究則可以明確其基礎科學問題,指明電池改進方向。

    圖片

    圖1.電工元件與電化學體系的聯系

    EIS具有精度高,響應快的特點,在研究PEMFC中的得到了廣泛的應用,主要體現在根據對EIS結果的分析,可以對PEMFC進行兩方面的優化;

    一、對外部運行條件的優化:

    1. 優化組裝電堆時的壓緊力;

    2. 優化膜電極活化方法;

    3. 優化工作溫度;

    4. 優化工作時燃料的相對濕度;

    5. 優化工作時燃料的氣壓;

    6. 優化工作時燃料的化學計量比;

    7. 優化電堆的最大輸出;

    8. 診斷電堆內污染物;

    9. 判斷堆內的含水量。

    二、對內部核心組件的優化:

    1. 優化設計雙極板;

    2. 優化質子交換膜的選型;

    3. 優化設計氣體擴散層;

    4. 優化設計催化層。

    通常燃料電池電堆的阻抗可以分為三個部分:

    1.由電化學反應體系的性質決定的電化學活化阻抗Ract;

    2.由電池內部的電極、隔膜、電解液、連接條和極柱等的電阻決定的歐姆阻抗Rohm;

    3.由反應離子濃度變化產生的濃差極化決定的阻抗Rcon。

    由于在PEMFC等效電路中雙電層分布在高頻時是一個很小的阻抗,所以從電路上說相當于短路,因此在高頻信號作用下只能觀測到Rohm,于是可以利用該特點進行內阻測試。為了保證燃料電池的正常安全運行和測試有效性,正弦交流電流幅值要控制在燃料電池直流電流的10%之內(以5%為最佳),否則對PEMFC的擾動太大,影響其正常工作。如果交流信號頻率在很寬的頻率范圍(一般為0.1Hz-10kHz)變化,在不同頻率下比較交流電流和交流電壓的相位差α,確定一個使阻抗Z的虛部為零的頻率,即α為0,此時PEMFC的電池內阻就處于純電阻狀態,從燃料電池阻抗Nyquist圖可以得到其歐姆阻抗。電化學阻抗和濃差阻抗較為復雜,需根據不同體系和經驗提煉模型,開展擬合分析。

    圖片

    圖2.理想燃料電池阻抗Nyquist圖

    燃料電池EIS測試是在單電池或電堆上進行的,單電池或電堆的組裝及測試過程中需要對各個參數(溫度、濕度、背壓等)進行高精準控制,這樣測試出的阻抗曲線才能夠準確、有效,因此需要配套的夾具及控制裝置才能進行。


    燃料電池測試設備


    a)膜電極測試設備

    1. MEA性能評價設備。可實現溫度、壓力、濕度精準控制,可應用于MEA極化曲線測試,耐久性測試;

    2. 搭配電化學工作站可實現LSV、透氫電流密度等測試;

    3. 桌面式設計,空間占用小,可根據用戶需求進行功能定制。

    圖片

    b) 燃料電池電堆測試設備

    電堆評價設備。可實現溫度,壓力,濕度精準控制,可應用于電堆性能巡檢、電堆耐久性測試等。

    圖片

    c) 燃料電池定制測試設備

    參考標準:

    GB/T 20042.3 質子交換膜測試方法

    GB/T 20042.4 電催化劑測試方法

    GB/T 20042.5 膜電極測試方法

    GB/T 20042.6 雙極板特性測試方法

    GB/T 20042.7 炭紙特性測試方法



    圖片

    d) 燃料電池測試相關工裝夾具

    參考標準:

    GB/T 20042.3 質子交換膜測試方法

    GB/T 20042.4 電催化劑測試方法

    GB/T 20042.5 膜電極測試方法

    GB/T 20042.6 雙極板特性測試方法

    GB/T 20042.7 炭紙特性測試方法


    圖片



    燃料電池相關關鍵零部件產品


    a) 石墨極板

    產品參數:
    密度:> 1.90g/cm3
    電阻率: < 12uΩ.m
    抗壓強度: > 100Mpa
    抗彎強度: > 50MPa
    尺寸精度:±0.05mm
    可根據用戶圖紙定制

    圖片

    b)密封結構

    產品參數:
    材料:硅橡膠、氟橡膠、三元乙丙橡膠等
    硬度:邵氏A30°~80°
    產品精度:線徑±0.05mm
    可根據用戶圖紙定制

    圖片



    燃料電池測試服務


    a)膜電極測試

    膜電極厚度、單電池極化曲線測試、透氫(甲醇)電流密度測試等??蛻艨商峁┐呋瘎?,本司負責膜電極的制備及測試;也可以提供制備好的膜電極,本司負責測試。

    參考標準:GB/T 20042.5 膜電極測試方法

    b)極板測試

    腐蝕電流、接觸電阻、體電阻率等。

    參考標準:GB/T 20042.6 雙極板特性測試方法

    c)炭紙測試

    電阻率(平面方向和垂直方向)等

    參考標準:GB/T 20042.7 炭紙特性測試方法

    d)燃料電池其他關鍵零部件測試

    客戶提供相關測試標準,本司負責提供測試服務



    免責說明 | 我們對文中所述觀點保持中立,僅供參考交流學習,如涉及版權等問題,請聯系刪除,謝謝!

    本網站基于分享的目的轉載,轉載文章的版權歸原作者所有,如有涉及侵權請及時告知,我們將予以核實并刪除。

    文章來源:科路得公眾號





    分享到:
    上海政飛電子科技有限公司
    Copyright ?2017 - 2018 上海政飛電子科技有限公司 備案號: 滬ICP備15034321號-2

    聯系我們

    contact us

    張經理

    咨詢電話

    17721345090

    掃一掃,關注我們

    返回頂部




    国产美女裸体视频全免费
    掃一掃訪問手機站掃一掃訪問手機站
    訪問手機站