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什么是电解测试，为什么它对氢气生产非常重要？
电解是生产绿色、气候中性氢气的关键技术。电解测试是指在规定的运行条件下，对电堆、电解池和组件直至完整系统进行系统性测试。其目标是以可重复的方式评估性能、效率、运行范围、动态性能、安全性和老化情况。
这对于成功实现市场规模化至关重要，因为电解槽越来越需要利用波动性的可再生电力灵活运行，同时还必须实现较高的可用性和较长的使用寿命。
验证范围可以从材料测试、电极和单电池测试一直延伸到兆瓦级的短堆和完整电堆测试。自动化负载曲线和全天候 24/7 运行能够实现贴近实际工况的长期测试和动态测试。
这样可以及早发现薄弱环节、优化设计，并确保从实验室阶段到市场成熟阶段的开发过程得到验证。在这一过程中，加速老化测试发挥着特别重要的作用，也有助于缩短开发周期，从而加快市场推广。此外，独立测试结果能够建立信任，因此也是氢能扩张实现融资并最终落地的重要基础。
不同类型的电解槽（碱性、PEM 和 SOEC）是否需要采用不同的测试方法？
是的。基本性能指标具有可比性，但测试条件会根据不同技术而有所不同。
碱性电解（AEL）使用液态碱性电解质，对电解液管理和气体纯度提出了特殊要求。PEM 电解（PEMEL）使用质子传导膜，通常在较高电流密度下运行，并具有较高的动态性能。
AEM 电解（AEMEL）将膜技术的使用与碱性条件结合起来。相比之下，SOEL 使用高温水蒸气运行，因此需要不同的测试台和热测试方案。
包括 AEL、AEMEL 和 PEMEL 在内的低温电解技术，可以使用针对不同技术优化的测试台，在真实运行条件下测试其组件、电解池和电堆。
电解槽的单电池/电堆测试与完整系统测试有什么区别？
单电池测试主要用于在精确、受控且可重复的条件下，对电极、膜或隔板等材料和组件进行表征。通过极化曲线、EIS、CV 或 LSV 等方法，可以有针对性地研究电化学效应。
电堆测试则将这些研究问题扩展到技术规模的多个电池，同时还能够显示电池一致性、接触方式、介质分布、温度控制和规模放大等因素的影响。
在完整系统测试中，会对包括 Balance-of-Plant 在内的整个电解系统进行考察，例如水处理、泵、气体分离、冷却、电力电子设备和控制系统。
其中一个重点是电堆和组件测试，尤其关注从单电池测试到具有工业相关规模的短堆和完整电堆测试之间的衔接。
电解槽测试期间会测量哪些关键参数？
电堆测试主要用于评估效率、气体质量和退化行为。关键测量参数包括电池和电堆电压、电流密度、温度、压力、流量以及产生的氢气量。
根据这些数据，可以得出极化曲线、效率和单位能耗等指标。此外，还会检测气体质量和气体交叉渗透，因为它们会同时影响效率和安全性。
在实验室规模下，还会采用 EIS、CV 和 LSV 等电化学诊断方法，以研究例如欧姆损失、动力学损失或传质损失。
在长期测试和动态测试中，还会分析退化速率、启停行为以及系统对变化负载曲线的响应。这类测量可以从单电池一直延伸到多兆瓦规模的电堆，并可在不同压力和电流水平下进行。
氢气电解测试会使用哪些设备和仪器？
首先，需要非常专业且复杂的基础设施，例如大功率电力连接、专用建筑气体报警技术以及用于利用所生产氢气的设施。
随后，电解测试台会将电力供应、介质供应、测量和安全技术以及自动化数据采集和分析结合在一起。
所需设备包括高性能整流器、电压和电流测量设备、温度、压力和流量传感器，以及水或电解液供应、冷却和气体输送系统。气体分析系统主要用于确定气体纯度和交叉渗透情况。
对于详细的电化学研究，会使用恒电位仪和阻抗谱技术；同时，SEM 和 EDX 等配套材料分析方法也非常有帮助。
根据测试设施的配置，可以配备多个测试台以及丰富的配套材料分析方法。测量数据也可以在线实时监测。
哪些行业标准和认证适用于电解槽测试？
对于电解槽而言，国际标准和统一的测试程序尤为重要。为了对性能和老化进行可比性评估，已有欧盟统一的 JRC 测试协议，例如针对极化曲线、EIS、能源性能以及加速应力和退化测试的协议。
具体适用哪些标准和认证，取决于技术类型、系统边界、压力水平以及未来的使用地点。
因此，在开发过程中，除了正式符合标准之外，还需要采用可重复且有文件记录的测试方法，对运行条件和测量不确定性进行明确规定。
电解槽测试中通常会发现哪些常见挑战？
许多常见挑战只有在真实运行条件下才会显现出来：例如电堆内部电流密度、温度或介质分布不均，由退化导致的电池电压升高，气体交叉渗透、泄漏、接触和密封问题，以及部分负载和快速负载变化时的运行限制。
此外，不同组件之间还存在相互作用，而这些现象在单电池测试中可能尚不可见。在利用可再生电力进行动态运行时，启停循环、快速负载变化以及长时间运行尤其重要。
一个重要挑战是如何将实验室结果转移到更大规模的电堆。因此，可以将不同规模级别的测试相结合，并利用电化学诊断和材料分析补充性能数据，以便有针对性地识别异常现象的原因。
内容由巴登-符腾堡州太阳能与氢能研究中心（ZSW）提供
作为欧洲领先的独立氢能研究机构之一，ZSW的使命是开展以应用为导向的研发工作，并向产业界进行技术转移，以支持新能源技术的市场推广。凭借在电解技术（包括AWE、AEM和PEM）以及PEM燃料电池的开发、测试和制造方面数十年的专业经验，我们提供测试与咨询服务、合作研发，并为产品开发提供自有技术及知识产权。ZSW：38年的研究、开发与技术转移历程。
