PEM电解水失效分析-交直流一体化电化学测试策略

PEMWE的i/E曲线表征电流密度由0.001到4A/cm2，(目前性能优异的电解槽电密可达8-10A/cm2) ，电流值间隔以对数取点，每个电流密度持续10秒，另外22秒在每个电流密度下执行HFR频率为10KHz-100Hz。但对于PEMFC而言，如此短的持续时间并不常见，因为电密大小依赖于膜的湿度，但这对PEMWE来说没有问题，因为电解槽中膜与水一直保持充分接触。HFR由阻抗曲线中的左侧实部交点读取，虚部接近为0。

电解槽的EIS测试在不同的电密下进行，如0.01,0.1,0.2,0.3,0.4,0.6,0.8,1,2,3,4,6,8和10A/cm2等，频率范围10KHz-0.1Hz(高频取决于电解槽面积和阻抗大小) ，所以实质为动态交流阻抗测试-DEIS，AC交流扰动为DC电解电流的5-10%，这取决于所用测试系统的信噪比和分辨率等因素。 

▲图2.  不同电流下的动态交流阻抗-DEIS

EI在2A/cm2电密下持续1分钟，然后静止5分钟或者开路状态。通常该方法用于研究欧姆阻抗。随后5分钟弛豫时间是为了确保下一步开始时状态与前一步一致。单个测量周期(i/E-curve+EIS+CI) 大约70分钟，循环三次，采用第三次的结果进行分析，相比第二次结果没有明显变化。也可以讨论首次和后续的变化，对衰减进行研究。

此步骤以1A/cm2结合HFR测量为参照， 静止15分钟。参考步骤用于基准测试。以此步的结果作为电解槽性能是否正常的参考。因此，作为问题的快速判断，诸如污染，材料缺陷和组装异常的早期识别，降低后续影响。

恒电流测试，不同电解槽此步骤存在差别，因为不同面积电流值不同。为了验证此方法，研究了两个电流密度即1和4A/cm2。每步恒电流持续30小时。每个电解槽需要重复8次，总时间约270小时。

1. Degradation of Proton Exchange Membrane (PEM) Water Electrolysis Cells: Looking Beyond the Cell Voltage Increase, Michel Suermann, Boris Bensmann, Richard Hanke-Rauschenbach Journal of The Electrochemical Society, 166 (10) F645-F652 (2019)

2. Detecting proton exchange membrane fuel cell hydrogen leak using electrochemical impedance spectroscopy method, Ghassan Mousa, Farid Golnaraghi, Jake DeVaal, Alan Young , Journal of Power Sources, 246, 110-116 (2014)

公众号所发布的内容(含图片，数据，文字等)来源于文章原创作者或者互联网转载等，目的在于传递更多应用信息用于分享，参考和交流等。原文章版权，数据，图片等归原作者或出版机构所有，本公众号仅对原文部分内容作了有限解读和整理，不负有任何法律审查义务，也不承担任何法律责任。如对原文内容有任何疑问，请联系原创作者或相应出版机构。