随着氢能产业迈入发展新阶段，大功率的电解槽测试设备也面临升级的需求，一种应用于大功率PEM电解槽的交流阻抗电化学测试方法（EIS）应运而生。

  提升电解槽的电流密度和降低单位电耗是降低绿氢成本的有效途径。这与电解槽的内阻息息相关。内阻越小，电流密度越高，单位电耗越低。EIS作为一种测量内阻的多功能的表征和诊断工具，几乎对所有因素都很敏感，并能以非侵入性方式来进行原位操作，以监测外部操作条件和内部核心组件对电解槽性能的影响，从而在电解槽的研发、控制策略开发、状态诊断监测、乃至预测性维护应用等中成为优秀的测试工具，提供重要的数据依据。

  目前，国内外众多测试设备企业在积极布局EIS技术在大功率PEM电解槽的测试应用。EIS测试设备能给行业带来哪一些好处，在推广应用过程中又遇到哪些难点？

  目前对PEM电解制氢设备的测试方法研究并不多，更多的是集中在燃料电池领域。由于PEM电解槽与燃料电池系统结构类似，两者发生的反应，可以视为互逆反应，测试原理相通。因此众多测试设备企业将用于燃料电池的测试方法应用到PEM电解槽测试当中。

  在对PEM电解制氢设备做的测试中，通常使用极化曲线来检测设备的性能。通过在恒定槽温以及恒定气压的条件下，以一定步长的供电电流的变化引起电解槽电压改变，通过I-V曲线检测电解槽的性能。

  但是在实际开发过程中，极化曲线的测试结果有其局限性。采用极化曲线的方法，测量电压随电流的变化，只能反映总体特性。而对于内部机理、控制策略、耐久性、故障预测等的研究，更需要对造成电压降低的成因进行分类和识别，从而准确定位问题原因。

  随着PEM电解水制氢技术的迭代，测试设备也在不断进行技术升级，正朝着测试分析手段更精准的方向发展。因此，国内众多测试设备企业，将能够精确分析阻抗成分的EIS技术，应用到PEM电解槽测试上。

  EIS技术是通过对检测系统施加一个微弱的交流电信号对被测系统来进行激励，以获取对应的反馈电信号。使用EIS技术，可以在不破坏被测系统的前提下，获取被测系统内部的动力学信息。

  EIS技术通过检验测试分析电解槽内部的阻抗成分变化，可以推断出电解槽各个零部件的运作时的状态。对于电解槽材料、催化剂关键参数识别测定，电解槽的电化学反应性能评估与测定以及电解槽运行可靠性、耐久性、设备故障分析等均能提供参数依据。

  目前，已有众多国内外企业掌握EIS技术，并正在积极布局或试图进军EIS技术在大功率电解槽测试中的应用。包括日本企业菊水、日置、横河等，中国企业则有律致新能源、科威尔、中海电力、群翌能源等。

  虽然PEM电解槽与燃料电池系统结构类似，但两者在测试上仍存在比较大区别，这主要是因为电解槽内部电流要比燃料电池大的多。因此，虽然EIS是电化学中应用十分普遍的一种表征技术，但是要想用于PEM电解槽测试，还可以得出准确的测试结果，对测试设备企业而言仍有一定难度。

  其中，如何克服在PEM电解槽阻抗测试过程中电源回路的影响问题，以及如何精准分析EIS阻抗图谱，是测试设备企业一定要翻过的两座“大山”。

  EIS一般以有效值为5%-10%的正弦电流作为扰动，采集电池的电流以及电压信息，从而分析阻抗、相位差等信息，最后绘制成Nyquist图或者Bode图。然而，阻抗测试过程中，负载或者电源对阻抗测试过程的影响问题却经常被忽略。

  在阻抗测试过程，电源的存在不仅使得电解单池实际接收到的电流扰动大幅度减小，还会造成单池波形紊乱，影响幅值和相位的检测，最终没有办法获得单池电流的真实值。

  科威尔通过一系列研发实验发现了导致该问题的根源，并给出解决方案。科威尔发现在EIS测试过程中，阻抗影响问题的本质在于负载或者电源的恒流功能会受到EIS测试过程中扰动的影响，并且不同扰动频率下影响程度不一样。这样的一个问题可以通过在EIS测试过程中的合理结构布局，特别是相关检测位置的布局，来测试电解槽的真实EIS图谱。

  科威尔燃料电池事业部副总经理阚宏伟表示，科威尔搭建的交流阻抗检测系统能够测量电堆或电解槽输出端口真实的交流电流和电压特性来分析出其阻抗。下一步，科威尔会尝试开发阻隔电路来减少负载或电源回路对扰动电流的影响，提高测试的信噪比。

  此外，在EIS技术应用过程中，如何从阻抗谱中有效获得各极化过程的阻抗定量数据和特征时间对测试企业而言十分重要。这关系到能否EIS技术能否真正应用到工程实践与实际生产中。

  目前EIS阻抗谱的分析过程大多采用ECM等效电路拟合。ECM方法需要预先建立电解槽的等效电路模型。而拟合过程存在多义性，这就从另一方面代表着没有很好的方法对等效电路模型做验证，不同的模型得到的结果差异巨大，难以获得极化过程的真实信息。

  律致新能源经过长时间研发摸索，在基于机理的建模方法和无模型的分析工具上取得了突破。律致新能源首席技术官邓延斌表示，与经验或半经验的测量建模方法求解ECM不同，基于机理的建模办法能够更深入地了解PEM电解槽的多物理过程、空间维度和动力学信息；而弛豫时间分布（DRT）这种无模型的分析工具，则能很好地解决在解释EIS数据时存在模糊性和不确定性以及机理建模方法的复杂度和精度的问题。

  律致新能源在常规DRT方法的基础上，解决了求解算法、分析精度、评价标准、以及最重要的定量分析问题。从而在理论和实践两方面保障了阻抗测量的准确性，提供了具有工程应用价值的分析手段。以上方法被使用在律致新能源的阻抗仪器和软件中，可以对测量的阻抗数据一键生成分析结果，十分地方便快捷。

  应用于PEM电解槽测试的EIS技术，能够在几分钟甚至是几十秒的时间里，检测到不同压紧力、流道结构、催化剂参数、膜参数以及扩散层参数与电解槽的各极化电阻之间的变化关系。对于优化电解槽设计参数、分析系统寿命以及故障在线诊断具备极其重大的参考意义。

  但是目前EIS测试设备的市场接受度还不是很高，这主要与EIS技术在PEM电解槽测试中缺乏实际应用案例，以及EIS测试设备本身昂贵的成本有关。

  目前EIS在PEM电解槽慢慢的开始有应用的尝试，比如科威尔与律致新能源已经为上海某客户进行过PEM电解槽的交流阻抗测试。但一位业内资深的人说，目前EIS技术在PEM电解槽测试中实际应用的案例相对燃料电池而言还很少。因此电解槽设备企业对于EIS技术得出的测试数据信心不足。此外，大功率的EIS产品价格较高，进口产品上百万元，国产的产品通常也要数十万元，这对采购企业而言也是一笔昂贵的支出。

  中海电力销售总监杨光告诉高工氢电，目前EIS技术已被证实是氢能开发过程中的重要手段之一，不但可以用在燃料电池、PEM电解槽的测试当中，未来还能应用在碱性电解槽的测试中。随市场上电解槽测试设备测试需求越来越精细化，EIS技术的发展也会愈发成熟。在市场需求的推动下，EIS测试设备很快也会迎来大幅降本。返回搜狐，查看更加多