一、引言

      燃料电池作为一种高效、清洁的能量转换装置，在能源领域展现出巨大的应用潜力，从交通运输到分布式发电，其应用场景不断拓展 。然而，燃料电池的性能和可靠性是制约其大规模商业化应用的关键因素。电化学测试技术作为研究和评估燃料电池性能的重要手段，在揭示电池工作机制、优化电池设计、预测电池寿命等方面发挥着不可替代的作用。随着燃料电池技术的快速发展，对电化学测试技术的准确性、实时性和全面性提出了更高要求，亟需在测试方法、性能评估体系等方面实现突破与创新，以满足行业发展需求。本文将对燃料电池电化学测试技术的关键方法、性能评估以及前沿进展进行全面深入的探讨。

二、燃料电池电化学测试关键方法

2.1 伏安法及其应用

       循环伏安法（CV）是一种经典的电化学测试方法。在燃料电池催化剂研究中，通过向工作电极施加连续变化的三角波电位，测量电流响应。该方法能够快速扫描电催化剂对氧气还原反应（ORR）和氢气氧化反应（HOR）的活性，确定氧化还原电位，评估电催化剂活性位点的数量和可逆性。例如，对于新型铂基催化剂，CV 测试可以直观地展示其在不同电位区间内的催化活性变化，帮助研究人员筛选出性能更优的催化剂材料 。

       线性扫描伏安法（LSV）则是单向扫描电位，常用于获取燃料电池的极化曲线。通过 LSV 测试，可直接得到燃料电池在不同电流密度下的工作电压，进而分析电池的活化极化、欧姆极化和浓差极化情况，为电池性能优化提供关键数据。

2.2 恒电流 / 恒电位法

      计时电位法（CP）在恒电流条件下，记录工作电极电位随时间的变化，适用于研究燃料电池在恒定负载下的电位稳定性和电极反应动力学过程。例如，在考察燃料电池耐久性时，CP 测试能够监测电极材料在长时间恒定电流工作下的电位衰减情况，判断电极的稳定性和寿命 。

      计时电流法（CA）在恒电位条件下，测量电流随时间的变化，可用于研究电化学反应的起始过程和催化剂活性衰减规律。如在燃料电池启动和关闭过程中，通过 CA 测试能分析催化剂表面的吸附和解吸现象，以及活性位点的变化情况。

2.3 电化学阻抗谱（EIS）

     EIS 通过向燃料电池施加小幅度交流电压信号，测量不同频率下的阻抗响应，能够深入分析电池内部的电荷转移、物质传输和电极反应动力学过程。从 EIS 谱图中，可以提取出燃料电池的欧姆内阻、电荷转移电阻、扩散电阻等关键参数。例如，通过对比不同工况下的 EIS 谱图，可判断电池内部是否存在膜电阻增大、催化剂活性降低等问题，为故障诊断和性能优化提供依据。

三、燃料电池性能评估体系

3.1 电性能评估指标

      输出电压和电流是燃料电池最基础的性能指标。通过测量不同负载下的输出电压 - 电流曲线，可绘制极化曲线，进而计算出开路电压、峰值功率密度等重要参数。开路电压反映了燃料电池的热力学性能，而峰值功率密度则直接体现了电池在实际应用中的能量输出能力 。

      功率密度是衡量燃料电池性能的核心指标之一，分为体积功率密度和质量功率密度。高功率密度意味着燃料电池能够在有限的空间或重量下输出更多的电能，对于便携式电源、电动汽车等应用场景至关重要。

      能量转换效率表示燃料电池将化学能转化为电能的能力，通常通过测量输入燃料的化学能和输出电能进行计算。提高能量转换效率不仅能降低运行成本，还符合可持续发展的能源理念。

3.2 耐久性评估方法

     加速耐久性测试通过模拟极端工况，如高温、高湿度、高电位、频繁的负载循环等，加速燃料电池的性能衰减过程，在较短时间内评估电池的耐久性。例如，在高温高湿环境下对质子交换膜燃料电池进行长时间测试，可加速膜电极的降解，快速获取电池寿命数据 。

     长期稳定性测试则在接近实际工作条件下，对燃料电池进行连续长时间运行测试。该方法能更真实地反映燃料电池在实际应用中的性能变化，为商业化应用提供可靠的性能数据支持。通过定期监测电池的电性能参数、气体泄漏情况等，可全面评估电池的耐久性和可靠性。

四、燃料电池电化学测试前沿进展

4.1 原位和在线测试技术

      原位 X 射线衍射（XRD）、原位红外光谱（FT - IR）等技术的应用，实现了在燃料电池运行过程中实时监测电极材料的结构变化和反应中间体的生成。例如，原位 XRD 可以观察到在电池工作过程中催化剂颗粒的团聚和晶相转变过程，为理解催化剂失活机制提供直接证据 。在线气体分析技术能够实时监测燃料电池内部气体的组成和浓度变化，帮助优化气体供应系统，提高电池效率。

4.2 多物理场耦合测试与模拟

      燃料电池内部存在电场、磁场、温度场和流场等多物理场的相互作用。多物理场耦合测试与模拟技术通过建立数学模型，结合实验数据，能够全面分析电池内部的复杂物理过程。例如，流固耦合模拟可优化燃料电池的流场设计，提高气体扩散均匀性，减少局部干涸和水淹现象；热 - 电耦合分析有助于合理设计散热系统，避免局部过热导致的性能衰减。

4.3 智能测试系统与数据分析

      人工智能和大数据技术的引入，推动了燃料电池智能测试系统的发展。智能测试系统可实现测试过程的自动化控制、实时监测和故障诊断，显著提高测试效率和准确性。利用机器学习算法对大量测试数据进行分析，能够建立性能预测模型，预测燃料电池的寿命和性能衰减趋势，为电池的维护和管理提供科学依据。例如，基于神经网络的预测模型可以根据历史运行数据，准确预测燃料电池在未来一段时间内的性能变化，提前预警潜在故障。

五、结论

     燃料电池电化学测试技术在推动燃料电池技术发展中发挥着关键作用。从传统的伏安法、恒电流 / 恒电位法到先进的电化学阻抗谱，这些测试方法为燃料电池性能评估提供了重要手段。完善的电性能和耐久性评估体系，确保了对燃料电池性能的全面、准确评价。而原位和在线测试技术、多物理场耦合分析以及智能测试系统等前沿技术的发展，为深入理解燃料电池工作机制、优化电池设计和提高性能提供了新的途径。未来，随着燃料电池技术的不断进步，电化学测试技术也将持续创新，朝着更精准、更智能、更高效的方向发展，为燃料电池的大规模商业化应用奠定坚实基础

产品展示

      SSC-SOFCSOEC80系列高温平板电池夹具，适用于固体氧化物电池测试SOFC和电热催化系统评价SOEC。其采用氧化铝陶瓷作为基本材料，避免了不锈钢夹具在高温下的Cr 挥发，因此可以排除Cr挥发对于阴极性能的影响；采用铂金网作为电流收集材料，不需要设置筋条结构，因此可以认为气体的流动、扩散基本没有“死区”，可以尽可能地释放出电池的性能；夹具的流场也可以根据需要调整为对流或顺流，可以考察流动方式的影响。对于电池的寿命可以更加准确地进行测试和判断，特别是电池供应商，表征产品在理想情况(即排除不合理流场干扰等)下的性能，所以多采用此类夹具。

      产品优势：

1、SOFC 平板型评价夹具可对应 20*20mm，30*30mm，耐温900℃。

2、全陶瓷制可避免金属内不良元素的影响,适合耐久性实验。

3、高温弹簧构造排除了构成材料内热应力的影响。

4、 可定制客户要求的尺寸。

5、气体密闭采用了高温弹簧压缩电池的方法，

6、更换及电炉里的装配电流端子，电压端子，热电偶端子，输气和排气口，气体流量Max 2L/min；