MegaEIS – Multikanal-Impedanz Teststand
MegaEIS – Multikanal-Impedanz Teststand
Modular konfigurierbarer Multikanal- (bis 1000 Einzelzellen) Impedanz Teststand für Brennstoffzellen- und Elektrolyse-Zellenstapel sowie Li-Ionen- und Redox-Flow Batterie-PacksDer MegaEIS Mehrkanal-Elektrometer/Impedanzspektroskopie-Teststand ermöglicht die Charakterisierung und Optimierung von bis zu 1000 Einzelzellen z.B. eines Brennstoffzellen- oder Elektrolysezellenstapel bis 1000 V / 2000 A innerhalb einer Leistungsgrenze von 250 kW. Für Aufgabenstellungen der allgemeinen elektrochemischen Synthese von der Wasserspaltung über die alkalische CO2-Konversion bis zur Brennstoffzelle und anderer Energiespeicher- und -konversionskonzepte - auch im industriellen Maßstab.
Produktbeschreibung
Mit dem für Brennstoffzellen-Stapel und Elektrolyseur-Zellenstapel konzipierten MegaEIS Systemen ist es möglich neben der individuellen DC Stromregelung im Quellen- (Elektrolyseur) oder Senken-(Brennstoffzelle) Betrieb, die zusätzliche Wechselstrom-Modulation ausreichender Stromstärke für die elektrochemische Impedanzspektroskopie zu realisieren.
Gleichzeitig wird dabei nicht nur der gesamte Zellstapel bzgl. seiner Impedanz-Antwort charakterisiert, sondern gleichzeitig auch noch die maximal technisch machbare Anzahl von 1000 Einzelzellen innerhalb des Stapels.
Damit wird der Anwender in die Lage versetzt werden, industriell genutzte elektrochemische Zellstapel der elektrochemischen Energiekonversion oder -speicherung mit hohen Leistungs- und Stromanforderungen bis auf die Ebene der Einzelzelle individuell zu beurteilen, um beispielsweise Schadensmechanismen frühzeitig zu erkennen und abzuwenden oder Betriebsparameter mit negativen Auswirkungen auf die Performance des Gesamtstapels zu identifizieren.
Beispielhafte MegaEIS-Lösungen können in zwei unterschiedliche Kategorien unterteilt werden – mit oder ohne zusätzlicher externer DC-Last oder -Quelle. Dabei können die MegaEIS Systeme ohne externe DC-Last bis maximal 20 kW dissipierter Leistung betrieben werden oder mit den zusätzlich eingebundenen externen DC-Lasten oder Quellen im Prinzip mit nach oben hin unbegrenzter Leistung.
Die folgende Übersicht ermöglicht den Einblick in beispielhaft umgesetzte technische Lösungen der industriell eingesetzten EIS-Charakterisierung / Cell Voltage Monitoring (CVM) von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren.
| Spannung | Strom (int.) | Strom (ext.) | EIS Kanäle | Anwendung |
| 600 V | 120 A | 800 A | 512 | H2FC Stapel bis 250 kW |
| 30 V | 200 A | – | 24 | H2FC Stapel bis 4 kW |
| 200 V | 300 A | 300 A | 24 | H2FC Stapel bis 80 kW |
| 1000 V | 600 A | 1200 A | 128 | H2FC Stapel bis 50 kW |
| 250 V | 400 A | 400 A | 256 | H2FC Stapel bis 100 kW |
| 20 V | 500 A | – | 8 | Elektrolyseur bis 10 kW |
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Spezifikation
Technische Spezifikationen:Leistung (ohne externe Last / Booster): 20 kW (max.)
Leistung (mit externer Last / Booster): 250 kW
EIS innerhalb von 1 mHz – 100 kHz
USB-Kommunikation
Technische Parameter:
Stromversorgung: 110 … 230 V AC / 50 … 60 Hz
3x 400 V AC bei höheren Leistungsanforderungen
Kühlung: Wasserkühlung
Schutzart (Dichtigkeit von mechanischen Gehäusen gegen Wasser und Staub): IP20
Eingangsspannung: 1000 V (max.)
Eingangsstrom: 2000 A (max.)
Datenerfassungsgeschwindigkeit:
24-bit ADCs, 50/60 Hz gefiltert (DC)
24-bit ADCs, bis zu 1.25 MHz für EIS-Messungen (AC)
Auflösung: 0.001% vom gewählten Bereich
Messmethoden:
Polarisationskurven, Chronopotentiometrie, Chronoamperometrie, EIS (elektrochemische Impedanzspektroskopie), CVM (Cell Voltage Monitoring), etc.
EIS Amplitude: 20% vom maximal verfügbaren Eingangsstrom für < 1kHz
Spannungsbereich pro EIS Kanal: ± 3 V (kann auf Anfrage angepasst werden)
Anzahl von EIS-Kanälen:
1000 (max.; begrenzt durch Maximalspannung)
8 Kanäle je Modul
Kommunikation: Ethernet
Software:
Steuersoftware für MS Windows incl. Parameter-Setup für das Experiment,
Steuerung Experiment, Datenerfassung, Datenverarbeitung und Visualisierung.
Programmiersprachen:
Pascal oder Python
Fernsteuerung:
Fernsteuerung über TCP/IP-Server zur Integration in ein übergeordnetes Steuerungssystem. Programmierbeispiele für Fernsteuerung mit Python oder LabView vorhanden
Optionen und Zubehör
Thermostat (Julabo, Lauda, Huber, etc.) oder Wärmetauscher
