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當(dāng)前人類建立在以消耗煤炭、石油、天然氣為主的不可再生能源基礎(chǔ)之上的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，導(dǎo)致了日益突出的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)問題。為實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展，建立人與自然的和諧關(guān)系，發(fā)展風(fēng)能、水能、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等綠色能源，成為世界各國高度關(guān)注的課題。

氫燃料電池是以氫氣為燃料，通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、零排放、無噪聲等優(yōu)點，相應(yīng)技術(shù)進(jìn)步可推動氫氣制備、儲藏、運輸?shù)燃夹g(shù)體系的發(fā)展升級。在新一輪能源革命驅(qū)動下，世界各國高度重視氫燃料電池技術(shù)，以支撐實現(xiàn)低碳、清潔發(fā)展模式。

然而目前影響商用氫燃料電池系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的主要因素是電池運行過程中可靠性需要評估，即電池異常狀態(tài)需要及時識別。目前，主要的狀態(tài)識別方法難以對電池內(nèi)部狀態(tài)變化的發(fā)展路徑及對應(yīng)機(jī)理進(jìn)行檢測及分析，從而無法根據(jù)識別結(jié)果對氫燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行對應(yīng)調(diào)控，進(jìn)而保障氫燃料電池系統(tǒng)的運行安全。

除此之外，在氫燃料電池運行過程中，電池性能狀態(tài)與其內(nèi)部水分布、電流分布息息相關(guān)。目前，相關(guān)技術(shù)主要通過材料分析、水傳輸分布、電流分布等手段來評估氫燃料電池性能狀態(tài)，然而這些技術(shù)會干擾電池的運行狀態(tài)，甚至破壞電池固有結(jié)構(gòu)和性能，進(jìn)而很難保證技術(shù)可靠性和實用性。

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院特任研究員毛磊團(tuán)隊在氫燃料電池?zé)o損檢測方面取得突破性進(jìn)展。他們首先建立氫燃料電池仿真模型，分析其在不同運行狀態(tài)下的電流和磁場分布變化；進(jìn)而搭建氫燃料電池外部磁場檢測系統(tǒng)，通過磁場成像分析氫燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變化路徑及對應(yīng)機(jī)制。

研究團(tuán)隊將氫燃料電池內(nèi)部電流分解為平行膜方向膜電流和垂直膜方向主電流，并揭示了氫燃料電池故障時性能下降的本質(zhì)原因——參與化學(xué)反應(yīng)的主電流減少，寄生損耗的膜電流增加，因此膜電流及其激發(fā)磁場可以反映電池性能變化。

該項研究首次在該研究領(lǐng)域內(nèi)系統(tǒng)性地分析并提出了氫燃料電池的性能變化與其內(nèi)部不同分量電流和激發(fā)磁場的關(guān)聯(lián)機(jī)制。同時，該項研究工作中還提出了一種基于磁場成像的氫燃料電池系統(tǒng)無損檢測理論及方法，可在氫燃料電池運行過程中揭示狀態(tài)變化的起源和演變過程，在商用氫燃料電池系統(tǒng)的狀態(tài)檢測及異常識別方面極具應(yīng)用潛力。

研究成果日前發(fā)表在《細(xì)胞》期刊旗下的《物理科學(xué)報告》上。

(資料來源：中國科學(xué)報)

關(guān)鍵詞： 氫燃料電池 狀態(tài)變化 狀態(tài)檢測