Германский институт Фраунгофера разработал технологию оперативной диагностики водородного оборудования с поддержкой динамических импедансных измерений при токе до 30 ампер

Репортаж от Wedoany，10 сентября Германский институт производственных технологий и передовых материалов Фраунгофера (Fraunhofer IFAM) объявил, что его технология динамической импедансной спектроскопии расширена от лабораторных измерений до диапазона токов, приближенных к реальным условиям эксплуатации, что позволяет проводить анализ состояния в режиме реального времени при непрерывной работе электролизёров и топливных элементов. В настоящее время система способна накладывать многочастотный тестовый сигнал на рабочий ток силой до 30 ампер и в реальном времени вычислять изменения импеданса для выявления деградации характеристик электродов, мембран, контактных поверхностей и процессов массопереноса, обеспечивая основу данных для мониторинга состояния оборудования и прогнозируемого технического обслуживания.

Традиционные импедансные измерения обычно требуют вывода оборудования на стабильный режим работы или даже его остановки, что затрудняет полную регистрацию динамических изменений электролизёров и топливных элементов в условиях колебаний возобновляемых источников энергии. Новый метод, разработанный Fraunhofer IFAM, заключается в наложении малоамплитудного многочастотного тестового сигнала на рабочий ток оборудования при одновременной непрерывной регистрации отклика по току и напряжению с последующим вычислением частотно-зависимого комплексного импеданса. Различные частотные диапазоны могут соответствовать процессам электродных реакций, переноса ионов через мембрану, электрического контакта и подачи реагентов, что позволяет локализовать общее снижение производительности оборудования до конкретных компонентов или этапов эксплуатации.

Одним из ключевых достижений данной технологии является расширение динамической импедансной спектроскопии с прежнего лабораторного масштаба до более высоких уровней тока. В настоящее время тестовый сигнал может накладываться на рабочий ток силой до 30 ампер, при этом благодаря онлайн-обработке данных в реальном времени формируются изменения импедансного спектра. Исследовательская группа отмечает, что это делает возможным непрерывные измерения электрохимических систем большего типоразмера в процессе динамической работы, а результаты измерений могут анализироваться в сочетании с изменениями давления, температуры и различными материалами систем.

В области идентификации неисправностей изменение импедансного спектра во времени может использоваться для определения различных типов деградации. Если определённая составляющая импеданса непрерывно возрастает, это может соответствовать ухудшению электродных реакций, коррозии или снижению качества электрического контакта; изменение фазовых характеристик может дополнительно указывать на старение мембраны, нарушения водного баланса или ограничение массопереноса. Благодаря непрерывному отслеживанию этих параметров система способна выявлять аномальные тенденции до заметного падения мощности или аварийной остановки оборудования и на этой основе планировать техническое обслуживание.

Fraunhofer IFAM планирует подключить данную диагностическую систему напрямую к системе управления оборудованием или энергосистемой электролизёров и топливных элементов. В настоящее время основными объектами применения являются PEM-топливные элементы и щелочные электролизёры; операторы могут непрерывно получать данные о состоянии оборудования и на их основе корректировать стратегию нагрузки, периодичность обслуживания и рабочие параметры. Исследовательская группа также планирует объединить данные импеданса в реальном времени с моделями искусственного интеллекта, чтобы диагностическая система могла адаптироваться к изменениям внешних условий, таких как температура и давление, а также к новым материалам электродов и мембран.

Данная технология в настоящее время всё ещё находится на этапе расширения контрольно-диагностических технологий до промышленного применения и не является новым проектом по производству электролизёров или топливных элементов. Основным новым достижением на этот раз стало то, что динамическая импедансная спектроскопия обеспечивает онлайн-тестирование при рабочем токе до 30 ампер и обладает технической базой для интеграции в систему управления оборудованием. Система Фраунгофера в настоящее время также продвигает исследования в области мониторинга электролизёров в реальном времени, диагностики деградации материалов и прогнозируемого технического обслуживания; направление промышленного применения сосредоточено на сокращении незапланированных простоев и продлении срока службы электрохимического оборудования.