随着全球对可持续能源的关注，燃料电池技术在交通运输、固定电源和便携式设备等领域的应用日益广泛。为了确保燃料电池的性能和寿命，精确的测试和诊断方法变得尤为重要。在国际上，研究机构和企业纷纷投入资源，开发先进的测试平台，以满足燃料电池从实验室到大功率应用场景下不同的性能评估需求。
在大电流电解水的研究中，为了优化电解水系统的效率和稳定性，研究人员也需要了解大电流条件下水分子分解的动态过程，加速从实验室到实际应用的转化。
01、电化学阻抗谱（EIS）测试原理
电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）是一种通过施加小幅度交流信号，测量系统对不同频率电信号响应的技术。EIS能够提供关于电化学系统中电荷传输、电极界面反应和质量传输等过程的信息。通过分析Nyquist图和Bode图，研究人员可以构建等效电路模型，深入理解电化学过程的机制。
02、大电流EIS测试的挑战
在高功率燃料电池系统中，进行EIS测试面临以下挑战：
-
信号稳定性：高电流条件下，系统的噪声和干扰增加，影响测量精度。
-
频率响应能力：传统测试设备可能无法覆盖所需的频率范围，限制了对系统动态行为的分析。
-
系统集成性：将EIS测试集成到现有的高功率测试平台中，需考虑设备兼容性和安全性。
03、解决方案：电化学工作站平台的高功率扩展
为应对上述挑战，客户将EIS测试设备与ITECH艾德克斯高性能电子负载IT8900A/E和双向直流电源IT-M3900C联用，实现对高功率燃料电池系统的EIS测试。该平台的特点包括：
-
高电流处理能力：实现大电流条件下的恒流充电或放电，最大电流能力取决于所使用的直流电源和直流负载型号。
-
宽频率响应范围：覆盖从低频1Hz到高频10kHz的广泛范围，提供全面的系统动态信息。
-
稳定性和高精度：通过对AC信号的FFT分析和EIS测量结果可以看到，整套方案在电流施加上稳定可靠和高精度，保障了实验数据的可信度和重复性。
大电流EIS测试系统工作原理
交流测试结果和10kHz AC电压电流信号
04、关键设备功能特性
在该测试平台中，电子负载和直流电源的选择至关重要。以下是两款关键设备的功能特性：
1. IT8900A/E高速大功率直流电子负载
-
高速动态响应：具备高达30kHz的动态模式，适用于开关电源的瞬态响应测试。
-
多种工作模式：支持CC、CV、CR、CP等多种模式，满足不同测试需求。
-
低电压带载能力：具备低电压大电流带载能力，适用于燃料电池等低压高电流设备的测试。
-
丰富的通信接口：内置CAN、LAN、GPIB、USB、RS232和模拟量接口，便于系统集成。
2. IT-M3900C双向可编程直流电源
-
双向电流能力：既能提供功率，又能吸收电流，实现高速的源和载电流模式转换。
-
宽范围输出设计：输出电压从10V到1500V，单机柜电流最大可达1020A，满足多种测试需求。
-
高效能量回馈：具备能量回馈功能，提高能源利用效率，降低测试成本。
-
内置函数发生器：支持任意波形发生，适用于复杂测试场景。
在燃料电池技术快速发展的背景下，准确、高效的测试方法对于推动其商业化应用至关重要。通过采用搭载ITECH艾德克斯直流源+直流电子负载的EIS测试平台，研究人员能够实现SOFC固态氧化物燃料电池、PEMFC质子交换膜燃料电池等大电流EIS测试，对于大电流电解水的深入研究可以优化电极、催化剂或对电解槽进行故障诊断，亦可以在量产阶段建立一套阻抗基准，提升电解水系统的整体效率和稳定性。
来源：艾德克斯电子
