氢能经济迎来创新突破：电解槽与燃料电池的实时运行诊断
优化负载能力与效率，延长使用寿命，降低运营成本——一次潜力巨大的技术飞跃*
氢能利用是脱碳的关键环节。但要保证电解槽和燃料电池长期稳定运行，一直是个难题。运行条件的波动会加速磨损，也会导致性能下降。
德国弗劳恩霍夫材料流与界面工程研究所（Fraunhofer IFAM）在动态阻抗谱技术上实现了决定性突破。这种诊断方法能在设备运行过程中进行精确分析，实时侦测过载情况,并及早发现薄弱环节。由此，设备的韧性和效率可以被针对性优化，使用寿命得以延长,运营成本随之降低。对氢能经济而言,这是一次潜力巨大的技术飞跃。
材料老化与性能衰减是难题
电解槽和燃料电池面临材料老化和性能衰减的技术挑战。可再生能源发电的波动，会带来负载的剧烈变化。这类变化可能大幅缩短设备寿命，推高维护成本。为从根本上解决这个问题，Fraunhofer IFAM的研究人员在动态阻抗谱实时诊断系统上取得了关键进展。
从实验室测量到AI辅助的工业应用
现有的先进测量方法，比如经典阻抗谱技术，都需要中断运行、等待系统达到稳态才能测量，这会造成停机。而且这类测量耗时较长，很难反映设备实际的波动运行状态。
项目负责人赫尔曼·普莱泰特（Hermann Pleteit）博士介绍：新的动态测量方法首次实现了直接从实际运行过程中获取有效数据，而且采用的电流水平比此前实验室装置要高得多。
动态阻抗谱是一种新方法，可以在设备运行、处于非稳态的情况下，检测电解槽或燃料电池的内部状态。具体做法是：在正常工作电流上叠加一个微小的多频信号,同时测量系统对此产生的反应,也就是电流和电压如何变化。通过这两个量的比值，可以计算出所谓的"复阻抗"，可以理解为系统随频率变化的"电阻"。
普莱泰特解释道：正是这种频率依赖性，让阻抗谱格外有价值,也格外值得关注。它和简单的电阻值不同,能够全面反映电化学系统内部发生的各种过程。因为电极反应、离子在膜中的传输、电接触电阻，以及反应物的补充等不同的物理化学过程，各自在不同频率下产生影响。这样一来，就能把这些过程区分开来，逐一评估，再结合实时的高分辨率数据，看清膜、电极等各个部件的具体状态。
通过观察这些谱图随时间的变化，可以对系统的状态和老化程度作出具体判断。比如，某项电阻成分升高，可能意味着电极反应变差、发生腐蚀，或电接触出现问题。相位特性的变化，则可能提示膜的磨损、水平衡出问题，或物质传输受限。这样，无论性能损失是源于材料、界面、接触点还是运行条件，都能被准确定位。
实时诊断系统正是利用这些信息，持续监测电池状态。这样一来，早期的细微变化能在造成明显性能下降甚至故障之前就被发现。普莱泰特补充说：以前是等系统已经停机才做出反应，现在可以精确预测维护需求，避免代价高昂的停机。因此，动态阻抗谱能够实现电解槽和燃料电池的精准状态评估、精确故障诊断和预测性维护。
这些进展的基础，是把动态阻抗谱技术从实验室规模放大到了实际应用规模：现在，测量信号可以叠加在高达30安培的运行电流上。这是迈向工业化应用的关键一步。通过集成的在线数据处理，阻抗随时间的变化可以被实时计算并显示出来。
普莱泰特总结道：这让我们首次能够在实际运行过程中，为更大规模的系统测量数学参数。结合基于AI的模型，这些结果还可以用于应对环境条件变化，比如压力和温度波动，也可以用于新材料体系的研究。
接入电厂控制系统，创造实际效益
这套升级系统的实际优势在于，可以直接接入电厂控制系统，比如能源管理系统。这样一来，PEM燃料电池、碱性电解槽等氢能设备的运营方，就能持续获得精确的状态数据，及时掌握设备的健康状况。基于这些数据，催化剂衰减等关键过程可以被提前发现，预测性维护的周期可以被合理规划，运行策略也可以动态调整，从而将退化过程降到最低。
普莱泰特表示：这样一来，我们就能显著降低设备全生命周期成本，保障绿氢项目的经济可行性——这正是氢能经济提升竞争力的关键所在。