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    電化學交流阻抗(EIS)在PEM電解水測試中的重要性

    更新時間:2025-05-05      點擊次數:749

    1. 引言

    質子交換膜(PEM)電解水技術因其高效率、快速響應和綠色環保等優勢,成為可再生能源制氫的核心手段之一。然而,PEM電解池內部的復雜電化學過程(如電荷轉移、傳質和歐姆損耗)會顯著影響其性能。電化學交流阻抗譜(EIS)作為一種非破壞性、高分辨率的測試技術,能夠解析這些過程的動力學特性,為優化電解池設計和操作條件提供關鍵依據。

    2. EIS技術的基本原理

    EIS通過施加小幅正弦交流電壓(或電流)擾動(通常頻率范圍0.1 Hz–100 kHz),測量系統的阻抗響應。通過分析阻抗譜的實部與虛部(Nyquist圖或Bode圖),可分離不同時間尺度的電化學過程:

    3. EIS在PEM電解水測試中的核心作用

    3.1 量化歐姆損耗

    PEM電解池的歐姆阻抗(包括膜電阻、電極與雙極板接觸電阻)直接影響能量效率。EIS高頻截距可精確測定總歐姆電阻,指導以下優化:

    3.2 解析電化學反應動力學

    中頻區的半圓特征對應析氫反應(HER)和析氧反應(OER)的活化阻抗。通過擬合等效電路(如Randles模型),可獲?。?/p>

    3.3 診斷傳質限制

    低頻阻抗與反應物/產物的傳質相關,尤其在高壓或高電流密度下:

    3.4 耐久性評估與失效分析

    EIS可動態監測PEM電解池的衰減機制:

    4. 對比其他技術的優勢

    5. 應用案例

    6. 挑戰與前沿發展

    7. 結論

    EIS是PEM電解水研究中不可替代的工具,其多過程分辨能力為材料開發、結構設計和工況優化提供了深層機理認知。隨著阻抗解析算法的進步(如機器學習輔助擬合),EIS將繼續推動PEM電解技術向高效率、長壽命方向發展。

    參考文獻示例
    [1] O. Schmidt et al., J. Power Sources (2017)
    [2] Y. Bultel et al., Electrochim. Acta (2005)



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