【化工機械設備網(wǎng) 技術(shù)前沿】當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之上的經(jīng)濟發(fā)展模式，導致了日益突出的環(huán)境污染和溫室效應問題。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)展風能、水能、太陽能、生物質(zhì)能、地熱能、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，通過電化學反應將燃料中的化學能直接轉(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，相應技術(shù)進步可推動氫氣制備、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)展路徑及對應機理進行檢測及分析，從而無法根據(jù)識別結(jié)果對氫燃料電池系統(tǒng)進行對應調(diào)控，進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，進而很難保證技術(shù)可靠性和實用性。
近日，中國科學技術(shù)大學工程科學學院特任研究員毛磊團隊在氫燃料電池無損檢測方面取得突破性進展。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)變化路徑及對應機制。
研究團隊將氫燃料電池內(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——參與化學反應的主電流減少，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用潛力。
研究成果日前發(fā)表在《細胞》期刊旗下的《物理科學報告》上。
(資料來源：中國科學報)
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