Fraunhofer desenvolve tecnologia de diagnóstico em tempo real para equipamentos de hidrogênio, com suporte a testes de impedância dinâmica de 30 ampères

De acordo com pt.wedoany.com-Em 10 de setembro, o Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Fabricação e Materiais Avançados (Fraunhofer IFAM), da Alemanha, anunciou que sua tecnologia de diagnóstico por espectroscopia de impedância dinâmica foi ampliada das medições laboratoriais para faixas de corrente próximas às aplicações reais, permitindo análise de estado em tempo real durante a operação contínua de eletrolisadores e células a combustível. Atualmente, o sistema pode sobrepor sinais de teste multifrequência a uma corrente de operação de até 30 ampères e calcular em tempo real as variações de impedância, sendo utilizado para identificar a degradação de desempenho em eletrodos, membranas, interfaces de contato e processos de transferência de massa, fornecendo base de dados para o monitoramento do estado do equipamento e a manutenção preditiva.

Os testes tradicionais de espectroscopia de impedância geralmente exigem que o equipamento entre em condições estáveis de operação ou até mesmo interrompa sua operação normal, tornando difícil registrar completamente as variações dinâmicas de eletrolisadores e células a combustível sob condições de flutuação de energia renovável. O novo método desenvolvido pelo Fraunhofer IFAM consiste em sobrepor sinais de teste multifrequência de pequena amplitude à corrente normal de operação do equipamento, registrando simultaneamente as respostas de corrente e tensão, e então calculando a impedância complexa dependente da frequência. Diferentes faixas de frequência podem corresponder, respectivamente, a processos como reação de eletrodo, transporte de íons através da membrana, contato elétrico e fornecimento de reagentes, permitindo localizar com maior precisão a queda de desempenho global do equipamento em componentes ou etapas operacionais específicas.

Um avanço fundamental dessa tecnologia é a ampliação da espectroscopia de impedância dinâmica da escala anteriormente laboratorial para níveis de corrente mais elevados. Atualmente, os sinais de teste podem ser sobrepostos a uma corrente de operação de até 30 ampères, enquanto o processamento de dados online gera em tempo real as variações do espectro de impedância. A equipe de pesquisa afirma que isso possibilita a medição contínua de sistemas eletroquímicos de maior porte durante a operação dinâmica, permitindo ainda combinar os resultados de medição com variações de pressão, temperatura e diferentes sistemas de materiais para análise.

No que se refere à identificação de falhas, a variação do espectro de impedância ao longo do tempo pode ser usada para determinar diferentes tipos de degradação. Se um componente de impedância específico aumentar continuamente, isso pode corresponder à deterioração da reação de eletrodo, corrosão ou redução da qualidade do contato elétrico; mudanças nas características de fase podem ser ainda correlacionadas ao envelhecimento da membrana, anomalias no gerenciamento de água ou limitação de transferência de massa. Ao acompanhar continuamente esses parâmetros, o sistema pode identificar tendências anômalas antes que o equipamento apresente queda significativa de potência ou parada por falha, permitindo programar a manutenção com base nisso.

O Fraunhofer IFAM planeja conectar diretamente esse sistema de diagnóstico ao sistema de controle do equipamento ou ao sistema de gerenciamento de energia de eletrolisadores e células a combustível. Atualmente, os principais alvos de aplicação incluem células a combustível PEM e eletrolisadores alcalinos, permitindo que os operadores obtenham continuamente dados sobre o estado de saúde do equipamento e, com base nisso, ajustem estratégias de carga, ciclos de manutenção e parâmetros operacionais. A equipe de pesquisa também planeja combinar dados de impedância em tempo real com modelos de inteligência artificial, para que o sistema de diagnóstico possa se adaptar a variações de condições externas como temperatura e pressão, bem como a novos materiais de eletrodos e membranas.

Essa tecnologia ainda se encontra na fase de expansão de tecnologias de detecção e diagnóstico para aplicações industriais, não se tratando de um novo projeto de produção de eletrolisadores ou células a combustível. O novo marco desta vez é principalmente que a espectroscopia de impedância dinâmica alcançou testes online em condições de operação de até 30 ampères, além de possuir base técnica para integração em sistemas de controle de equipamentos. O sistema Fraunhofer também está atualmente promovendo pesquisas relacionadas ao monitoramento em tempo real de eletrolisadores, diagnóstico de degradação de materiais e manutenção preditiva, com a direção de industrialização concentrada em reduzir paradas não planejadas e prolongar a vida útil de equipamentos eletroquímicos.