氫氣被視為可再生能源經濟轉型的“綠色革命引擎”,它可以以氣候友好的方式協(xié)同各種可再生能源?;诰酆衔锬ぃ≒EM)的現代水電解槽在不久的將來會生產出比堿性水電解更具成本效益、緊湊和靈活的制氫裝置。PEM水電解槽(PEMWE)可以在某些邊界條件下更容易地集成到基于可再生能源工廠的電網中,并提供在高壓下直接生產氫氣的可能性。因此,PEMWE進一步開發(fā)的重要研發(fā)問題涉及合適的、成本效益高的材料:一方面,這些材料必須在苛刻的操作條件(酸性環(huán)境、高陽極電位)下長期穩(wěn)定;另一方面,關鍵原材料尤其適用于基于銥和鉑的催化劑以及由鈦制成的電極組件。此高通量水電解測試系統(tǒng)專為材料篩選和部件測試而設計,旨在通過平行測試為下一代PEMWE找到合適的材料和部件組合。
液壓夾緊的電解水測試夾具在活性電池組件的接觸壓力和溫度控制的均勻性方面,比具有機械壓縮的PEMWE具有明顯的優(yōu)勢。IPS愛譜斯高通量電解水測試臺是完全自動化的,可以在相應安全的實驗室環(huán)境中操作運行,即使是長期測試,也無需監(jiān)控人員。陽極回路和陰極回路都用80°C超純水循環(huán),并連續(xù)監(jiān)測陽極和陰極上供應的純水電導率。由于在測試堆的入口(陽極和陰極)之前安裝了離子交換樹脂,在運行期間,水中的離子不斷減少,以滿足PEMWE測試堆的運行要求,但也必須注意定期更換純水,以使工藝水的電導率始終低于至少1.0μS cm-1。通過液壓回路中的加熱器將測試堆和測試電池加熱至80°C,以達到準等溫操作條件??烧{節(jié)的電池組件壓力范圍為1bar至10bar,出口壓力(氫氣和氧氣)等于大氣壓。在集成電源的幫助下,測試堆可在高達150 A的條件下最大加載約2.0 kW。
眾所周知活性電池組件的接觸壓力對測試電池的性能有顯著影響。因此,使用壓敏膜進行接觸壓力的均勻性測量,在8bar液壓夾緊下檢查電池的壓縮性能。
根據歐盟JRC電解水測試標準要求(EU harmonised polarisation curve test method for low-temperature water electrolysis):在用氮氣沖洗管道系統(tǒng)后,首先將裝配的電堆置于8bar的液壓下,并恒溫至80°C,將工藝水恒溫至80°C以250 ml min-1送入陽極側的回路中。電池堆恒定25A加載一小時活化后,將用于記錄測量值的測試電池堆以從0.0到50A(對應2.0A cm-2)的限定階躍電流壓記錄60秒,然后再次逐漸降低。
Set point k | Current density (A/cm2) | Step duration (s) | |||
PEMWE | Alkaline WE | AEMWE | Dwell time | Data acquis | |
1 | 0.001 | 0.0002 | 0.0002 | 30 | 30 |
2 | 0.005 | 0.0010 | 0.0010 | 30 | 30 |
3 | 0.010 | 0.0020 | 0.0020 | 30 | 30 |
4 | 0.025 | 0.0050 | 0.0050 | 30 | 30 |
5 | 0.050 | 0.1000 | 0.1000 | 30 | 30 |
6 | 0.075 | 0.0150 | 0.0150 | 30 | 30 |
7 | 0.100 | 0.0200 | 0.0200 | 30 | 30 |
8 | 0.150 | 0.0300 | 0.0300 | 30 | 30 |
9 | 0.200 | 0.0400 | 0.0400 | 30 | 30 |
10 | 0.250 | 0.0500 | 0.0500 | 30 | 30 |
11 | 0.030 | 0.0600 | 0.0600 | 30 | 30 |
12 | 0.035 | 0.0700 | 0.0700 | 30 | 30 |
13 | 0.040 | 0.0800 | 0.0800 | 30 | 30 |
14 | 0.045 | 0.0900 | 0.0900 | 30 | 30 |
15 | 0.500 | 0.1000 | 0.1000 | 30 | 30 |
16 | 0.060 | 0.1200 | 0.1200 | 30 | 30 |
17 | 0.070 | 0.1400 | 0.1400 | 30 | 30 |
18 | 0.080 | 0.1600 | 0.1600 | 30 | 30 |
19 | 0.090 | 0.1800 | 0.1800 | 30 | 30 |
20 | 1.000 | 0.2000 | 0.2000 | 30 | 30 |
21 | 1.100 | 0.2200 | 0.2200 | 30 | 30 |
22 | 1.200 | 0.2400 | 0.2400 | 30 | 30 |
23 | 1.300 | 0.2600 | 0.2600 | 30 | 30 |
24 | 1.400 | 0.2800 | 0.2800 | 30 | 30 |
25 | 1.500 | 0.3000 | 0.3000 | 30 | 30 |
26 | 1.600 | 0.3200 | 0.3200 | 30 | 30 |
27 | 1.700 | 0.3400 | 0.3400 | 30 | 30 |
28 | 1.800 | 0.3600 | 0.3600 | 30 | 30 |
29 | 1.900 | 0.3800 | 0.3800 | 30 | 30 |
30 | 2.000 | 0.4000 | 0.4000 | 30 | 30 |