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クリーンな水素を利用して化学の力を引き出す
現代のクリーン・エネルギー・ソリューションの基盤となる燃料電池の1つが水素燃料電池です。水素燃料電池は、燃料の化学エネルギーを電気化学反応によって電気エネルギーに変換します。従来の燃焼式発電とは異なり、燃料電池は電力生成効率が高く、排出量が大幅に少ないため、持続可能なエネルギー・システムにとって不可欠です。
しかし、従来の電源と同様、燃料電池システムも、使用目的に応じた必要なセル性能、耐久性、寿命を確保するために、広範囲なテストが必要です。厳格なテスト・プログラムを作成することで、設計が規制基準を確実に満たすようにできると同時に、製品品質を最適化できます。
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燃料電池を開発するための技術
燃料電池フルスタックのテスト
燃料電池市場は現在、政府の施策、経済的な優遇措置、新しい用途などの要因により、30%もの急成長を遂げています。産業用トラック、配送車両、長距離トラック、非常用発電機の分野では、水素燃料電池は運用コスト、効率、カーボン・オフセットの面で魅力的なメリットをもたらしています。業界全体で、運用コストを低く抑えながら柔軟性を確保することの重要性が飛躍的に高まっています。セルの性能を示す一般的な指標は、燃料電池スタックの分極曲線とパワー密度曲線です。これらの曲線は通常、燃料電池スタックの最適な運転条件（温度、湿度、電極触媒、イオン交換膜）で評価されます。
EA ELR 10000シリーズのようなDC電子負荷を異なる電流または抵抗プロファイルでプログラミングすることにより、これらの測定値を簡単に得ることができます。これらの電子負荷は、最大30kWの入力電力での燃料電池テストに最適で、システム内で最大3.84MWまで拡張できます。内蔵の任意波形ジェネレータにより動的試験が可能で、回生機能により、通常熱として失われるはずの燃料電池からのエネルギーの最大96%を取り込むことができます。
耐久性を高めるための燃料電池のエージング
製品の安全性と安定性を確保するために、燃料電池の耐久性テストを実施することが常に必要です。燃料電池は多くの場合、利用の上でアクティブなエネルギー源です。燃料電池の耐久性テストは、一般的な100kW燃料電池スタック・システムの場合、長時間にわたるプロセスとなり、運用コストが非常に高くなる可能性があります。自動車規格では5,000時間（約7か月）、定置型貯蔵の用途では10,000時間以上が必要です。ステップ電位サイクルと三角電位サイクルを利用して長い耐久性テスト時間を短縮しても、テスト期間中にかなりのエネルギー損失が生じる可能性があります。
EA ELR 10000シリーズのようなファンクションジェネレータを内蔵した回生電子負荷は、このような状況に最適です。回生技術は、サイクリング中に熱として失われるはずの吸収されるエネルギーの最大96%を回収します。内蔵のファンクションジェネレータにより、加速試験のプロファイル（ステップ波形や三角波形など）が可能になる一方、放電テスト機能により累積エネルギー測定値を得ることができます。
I: セルは電流が増加するにつれて、非線形の電圧降下を示します。II: 線形V/Iではオーム抵抗が支配的です。III: 化学反応が新しいエネルギーを供給できなくなると、電圧は指数関数的に低下します。
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燃料電池のシミュレート
燃料電池技術を扱う際に、これらの電気化学システムの信頼性が重要になることは避けられません。エネルギー・システムの他の部分と連携する際に燃料電池スタックのシミュレーションを行うことができれば、開発時間を短縮し、システム全体の信頼性を向上させることができます。
EA PSI 10000シリーズ電源には、測定された電流の変化に応じて出力電圧を変更するUI（または電圧-電流）テーブルの操作機能が含まれています。これにより、燃料電池の出力を分極曲線に基づいてシミュレーションすることができます。
EAの双方向電源は、燃料電池の出力をシミュレートする機能と、燃料電池の出力から電力を回生的に吸収する機能の両方を備えています。これにより、単一の機器またはラックが、30kWから3.84MWまでのシステムで2つの役割を果たすことができます。
単一セル測定の理解
燃料電池や燃料電池駆動デバイスの設計、製造、応用、修理の担当者は、直接電気測定でしか得られないセル・データを必要としています。このデータを正しく解釈することで、燃料電池の動作原理やその理由を理解するだけでなく、動作中のセルの健全性を示し、寿命を予測し、故障のメカニズムを明らかにし、特定の用途への適合性についての洞察が得られます。
ケースレー6221型AC+DC電流ソース、2182Aナノボルトメータ、2450ソースメジャーユニットなどの機器は、進行中の電気化学的プロセスを理解するために必要な個々の燃料電池の精密な電気的特性評価を行う上で非常に重要なツールです。
