日置科技吳胤舜：電性能檢測技術在燃料電池和氫能行業的應用
日置（上海）科技發展有限公司 研發經理吳胤舜作主題演講
8月25日，由中國電池工業協會、電池中國網聯合主辦的“2023氫能與燃料電池技術及應用國際峰會”在中國上海隆重舉行。中國電池工業協會理事長劉寶生、中國工程院院士彭蘇萍、中國科學院院士孫世剛、上海市嘉定區副區長李峰等出席峰會，來自行業主管部門、高校、科研機構和產業鏈知名企業，以及外賓代表共300余人與會。
日置(上海)科技發展有限公司 研發經理吳胤舜在會上作題為《電性能檢測技術在燃料電池和氫能行業的應用》的演講。
以下是發言內容實錄，未經嘉賓審閱：
吳胤舜(日置(上海)科技發展有限公司研發經理)：尊敬的各位領導，來賓，大家早上好，我是來自日置上海科技發展有限公司的吳胤舜，今天給大家分享的主題是電性能檢測技術在燃料電池和氫能行業的應用。
整體分三個部分，氫能生態用于氫能的電性能檢測技術和公司介紹。首先簡單介紹一下氫能生態，大家應該都有所體會氫能不單單是一個燃料電池或者電解槽的一個行業，它其實是跨領域綜合性的行業，圖示引用日本2020年發布的碳中和2050計劃產業布局圖，其中藍色的箭頭是氫能，橙色的箭頭是代表電力，布局的話涉及氫能的可再生能源制氫，航運、儲存、加氫包括終端的家用或者汽車用的燃料電池等。可見氫能作為一種新型能源，未來的話它其實可能和電能并存構建一個龐大的能源網絡。
公司本身是電信號測試與級表的行業，在光伏鋰電汽車等等都已經有很多成熟的測試方案，我們現在也正在將過去在其他領域的測試方案復制到氫能行業，接下來我會主要給大家介紹一下我們已經應用于氫能行業的應用發展，以供大家未來在生產或者實驗中借鑒參考。
首先從制氫端開始，近年來氫電耦合這么一個概念其實是氫能的熱點話題，源端制氫可以幫助消納系的部分豐富的光電能源，盡管氫電耦合建設關注，但由于研究其實還處于初期，其實它在行業里還有一些痛點的問題存在，包括像可再生能源制氫量低，占比少，甚至制氫端比較難適應風光的不穩定性和間歇性。
對于小功率的系統來說，我們簡單通過儲能電池可能可以消除風光的波動，但隨著整體功率的上升以及長期波動的存在，我們單純的儲能手段是無法徹底解決這個問題，需要系統性去控制電解槽的開關與時延波動，想要提供可再生能源的性能，除了提升電解槽本身性能以外，我們也需要對風光系統進行實時監測，通過數據去建立控制模型與實時電解槽優化。
我們公司之前針對風光發電能源轉化效率、儲能系統、儲能電池評估、并網電能質量等等都已經有成熟的應用場景，向風光制氫風光部分就可以直接使用這個方案，圖式是我們之前針對鋰電行業進行的測試方案，基本涵蓋從漿料到出貨整個測試需求，鋰電池和電解槽某些方面有相似性，我們在鋰電行業使用的測量技術也可以直接運用到氫能行業當中來。
接下來我會詳細介紹一下我們過去用于鋰電行業或者其他行業現在正復制擴展到氫能行業的一些特殊技術。
首先是漿料測試，漿料測試是我們原先針對鋰電進行的一個開發，鋰電池漿料基本決定電池最終的容量和性能，如果在前期漿料的階段就能針對漿料判斷它的性能好壞就可以節省大量的返工時間，因此我們針對漿料推出這么一個專用的測試數據和分析軟件。
以電子傳導性的角度來推測漿料的混合狀態，PPT中圖式的體現漿料的導電材料構成的網絡構建性和它的均勻性，將構建程度和均勻性同時都比較高的時候，我們就把它判定為良好的漿料，漿料本身也能夠進行組抗測試，其測試值結合上述的兩個參數就可以對漿料組成生成的條件和確認考察有所幫助。
相似的燃料電池和電解槽的隔膜，催化劑也決定了這些性能的好壞，如果我們在前期制料的時候就能通過這個測試去判斷漿料的好壞，也能幫助我們去更早的發現問題，節省后續返工的時間。
其次電阻測試在鋰電池半導體領域都是比較成熟的測試需求，比較經典的測試方法，包括四探針測試和貫通電阻測試法，四探針法只用四根等艱巨的探針去扎到被測試的表面，外側兩邊是通過測試電流，中間兩根探針測的電壓根據被測物的厚度，面積修正之后算出表面電阻率，而垂直電阻的話是通過上下兩個原型電池將被測物壓住后直接進行測試，應用案例其實比較成熟，我們在近幾年的實際運營中也發現向四探針測試法實際上有一定的局限性，對于單種材料，單層被測物、測探針法是可以穩定準確側出表面振組的結果的，但如果測試物是雙層材料比如說涂布后的電極之類的，由于兩層材料之間存在接觸電阻，如果只是用四探針法是無法去除接觸電阻的影響的。
那么測試結果可能存在重復性，但是它并不能真實的反映我們想要測的表面電阻結果，所以根據我們自己的研究，我們就推出了右邊這款產品，它其實是在一平方毫米的區域里布了46根探針，通過短時間內多次的進行兩兩探針之間的電阻測試，進行耦合重復計算去推測出兩層材料分別準確的電阻率。
對于燃料電池碳質在國標中有明確的要求需要去測表面電阻率和整個的垂直的電阻率，因此如果簡單的去做一些碳質的出貨檢測我們推薦直接使用左側四探針法就可以，但是比如說像實驗室想要進一步去研究復雜材料特性我們推薦右邊這款產品會比較好。
包括隔膜這樣的產品一般都會要求去進行絕緣性能的檢測判斷膜間是不是會有破損、短路的情況存在，那么就可以通過高阻去進行絕緣性能的檢測，同樣在絕緣性能測試中也存在平面電阻率和垂直電阻率，與剛剛提到導彈性能的電阻率的區別就在于，導電性能測試中它的電阻率其實是一個基礎的狀態，它的測試信號也是小電壓、小電流，但是在絕緣性能中一般是高負荷的狀態，測試信號也比較大，電壓的話最大可以達到2千伏。
這個時候四探針法就不適用于我們高阻的測試，因為它的安全性能等等，所以我們使用的左邊的原型電極去進行一個測試。
右邊的電阻測試儀在燃料電池組裝完之后可以進行一個初步簡單的定頻一千赫茲內阻判斷，向這款產品在鋰電行業，包括現在在燃料電池行業，只是都運用的比較廣泛，我就不過多的給大家進行介紹。
想必大家對EI測試并不陌生，我們實驗室一般會用電化學工作站對燃料電池進行工作驗證，實際上電化學工作站在測動態內阻的時候并不準確，云的話是在于電化學工作站的原理其實是向外發出一個信號，一方面可能會將工作狀態下直流負載或者電源的內部特性一起測到我們的測試結果中一方面它的交流信號又會引起直流負載或者說電源不穩定，導致我們測試的結果可能帶著噪聲，我們現在市面上比較認可的一種方式的話是用激勵負載的形式，激勵負載不會影響輸出，也可以測到真正流過燃料電池或者電解槽的電流通過計算得到真實的組抗值。
那么面向燃料電池生產的不同的步驟，對ES測試的需求也是不一樣，它想看到的結果也是不一樣的，我們公司其實也針對ES有相關的產品，原理的話是交流激勵信號測試，但是我們在產品的開發過程中，跟客戶的溝通過程中，發現在實際的測試中可能現在目前市場上的產品存在以下三個痛點，激勵電流比較大的時候會對電堆電解槽產生不可逆的影響，但是激勵電流過小的話可能無法穩定的去進行測試。
包括電流精度、偏差會對測試結果有一定，國產的大功率負載噪聲過大等等會導致測試的結果不穩定。那么我們是通過PPT中提到的這些手法去解決這個問題的，首先的話我們是通過高分辨率的電壓測試模塊去保證小信號的這么一個測試問題，在電流測試的方向的話是通過零磁通的傳感器，將電流產生的磁場進行抵消，保證我們電流在寬頻范圍以內可以穩定準確進行測試，也保證即使測出來的導線位于傳感器不同的位置，結果也能保持一致。
噪聲方面我們是通過信號處理的手段，將測試結果中噪聲的部分剔除，提取相應的部分已保證測試結果的穩定性。
電流分布測試其實是最近比較受大家關注的一個話題，在燃料電池電解槽的運行過程中電池內部它的水含量實際上有時候可能會發生水淹的故障，或者是水含量不足導致摩干的故障。氣體框架層和流道的水淹會使得氣體反應物去到達反應位置的傳輸受阻，催化劑的活性面積也會因為水而導致降低，那么我們摩干故障本身會引起電阻率的上升，使燃料電池在運行的過程中產熱增加進一步導致能量轉化效率降低，或者說更嚴重的故障，在過去因為是沒有直接的可以去觀測內部問題的手段，大多數通過仿真的形式，或者是事后分析的形式去解決這個問題，我們現在通過電流分布它就可以直觀的去看到發生故障的位置所在，然后通過結合電流分布的結果我們就可以去進行分析，去改善材料或者說生產的內部結構。
能量流測試是我們過去在汽車行業比較成熟的一個方案，能量流測試其實就是整體、整車能量傳輸路徑以及在傳遞過程中傳輸的效率或者能耗的情況，對于燃料電池汽車它能量管理的策略應該就是能夠合理的分配燃料或者動力電池它的功率輸出，去優化兩者的效率，降低清晰的消耗提升系統的性能。
那么專業的能量流測試，可以幫助我們了解各系統的能耗，以及包括能量的轉化效率可以去進行針對性的改進設計。
上面的話其實就是簡單介紹一下我們目前針對氫能源行業能夠提供的一些測試方案，有一些數據保密性的原因，包括時長的原因我們并沒有在PPT添加更多的實測的數據，如果大家有機會想要去進一步了解的話，我們在外面也有展臺可以跟我們進行一下深入的探討。
最后簡單介紹一下我們的公司，日置集團創立于1935年是全球電力行業的領跑者，我們公司秉承測量無止境的理念，專注于電氣測量儀器的研發和生產，為全球的客戶提供測量解決方案。
今后我們也會繼續實現脫碳零排放的可持續發展，將開發的資源集中在電動汽車、電池、氫能這樣的新能源體系的重要市場中，并通過提供領先一步的測量解決方案，為市場增長作出貢獻。
我們憑借專業的領先測量解決方案，并且通過全球七大區的海外分公司及合作伙伴，向客戶普及正確的測量理念，助力先進制造業及社會各行各業的創新升級，為構建安全智能化和人性化的社會貢獻力量，卓越于全球各個領域，為安全便捷的社會生產生活提供可創獨創的測量解決方案。
我們的總部日置上海測量技術有限公司成立于2007年，是日置集團百分之百出資的子公司，旗下現在設有本土研發公司日置上海科技發展有限公司和銷售公司，日置上海測量儀器有限公司，除上海外我們全國各地共設10個分公司和事務所，如果大家有興趣的話都可以直接去聯系當地我們的辦事處。
以上就是我今天給大家發表的全部內容，如果大家對測試測量有需求的話，歡迎隨時聯系我們。謝謝。
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