科威爾氫能引領電解水材料級測試前沿技術

氫能作為未來低碳發展的主要清潔能源，已成為全球共識。其中，電解水制氫技術作為構建氫電協同的重要領域，受到氫能行業的高度關注。電解制氫技術主要分為堿性電解槽（ALK）、質子交換膜電解槽（PEM）和陰離子交換膜電解槽（AEM）等。

ALK電解槽因其技術成熟和成本低，廣泛應用于工業領域的大規模制氫項目。PEM電解槽則具備高電流密度、與綠色電力耦合性強和環境友好等特點，受到越來越多的關注。AEM電解槽采用非貴金屬催化劑，并具備快速啟動等特點，被認為是未來重點發展的技術之一。

電解水材料的開發需要研發一系列的組件后采用“非原位”和“原位”兩種測試方法進行篩選并作為電解槽的候選材料。當測試結果滿足預期時，材料隨后用于制備組件進行測試，如催化劑涂層膜(CCM）或膜電極組件（MEA）、雙極板、隔膜等進行原位測試。符合預期結果的單電池一般是直接使用或擴大到所需的幾何面積后，集成在短堆中進行進一步驗證。原位測試一般是通過各部件集成后，并模擬在實際應用中運行的工況條件進行測試，根據測試出的指標綜合評估性能。

對于電解水材料的常用的原位測試包括：

性能測試：極化曲線、敏感性測試、EIS、循環伏安法測CV、穩態載荷和動態加載測試；

耐久測試：穩態載荷和動態載荷下性能衰減測試；

加速測試：加速壽命測試和加速應力測試。

電解水材料受到不同的操作條件的影響，通過建立參考操作條件表，使不同的單電池或短堆進行同樣的測試，從而評估不同材料的性能，并進行對比，參考的操作條件應模擬實際運行工況。但在某些情況下，材料級別的測試需在正常操作條件之外的情況下進行，并且可能是一些破壞性的測試。操作條件由兩組參數組成：首先，可設定的測試參數被定義為測試輸入參數（TIP）。其次，僅反饋的參數定義為測試輸出參數（TOP），并且TIPs（測量和控制）和TOPs（僅測量）的器件原則上應盡可能靠近單電池的相關位置。常規測試中三種不同的電解水技術的均具備對應的參考操作條件（TIPs和TOPs）。

當操作條件偏離參考操作條件時，對單電池和短堆性能和耐久性產生相對影響的因素被稱為“應力”。通過改變操作條件、加載方式，并考慮機械性能、泄露、水質及環境等因素，建立一套由多個連續階段組成的測試方法，并進行原位測試，量化各種影響因素對性能和耐久性產生的影響。在制氫系統中，兩個主要參數決定了技術差異，即：(i)操作條件：溫度和壓力；（ii）離子傳導率以及反應活性。因此，在測試過程中為了更好的系統性的評價電解水材料性能，需要通過不同的操作條件進行測試并對比，如入口溫度、壓力、水流量等參數的不同對于性能的影響；同時，在壽命加速與耐久性的驗證測試過程中需要組合不同的操作條件并完成長時間的測試。

針對電解水的材料級驗證測試，包括邊界性能測試、敏感性測試、電化學測試以及耐久測試等，科威爾推出了E500系列單池測試系統，覆蓋PEM/ALK/AEM的測試需求。用戶可選擇桌面式單池常壓/高壓測試系統和單池多通道測試系統。

產品優勢：

水路流量、溫度和壓力自動寬范圍高精度控制監測功能；

產氣預處理功能，氣體流量在線測量與快速取樣分析功能；

支持敏感性、極化和耐久性測試能力；

氫氣泄漏檢測、緊急排風等安全保護功能；

自定義腳本編程功能，支持多通道數據同時存儲、圖形多軸和圖標跟隨；

電化學集成能力，支持EIS, CV等電化學測試；

支持多種規格PEM電解水專用夾具選配，包括5cm2、16cm2、25cm2；

滿足歐盟JRC電解槽相關測試標準。