5月28日，記者從哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）獲悉，該校理學(xué)院氫能與燃料電池研究團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建出力-熱-電-化耦合的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論框架，定量研究出真實(shí)微觀電極尺度固體氧化物電池初始性能，填補(bǔ)了固體氧化物電池多場(chǎng)耦合精確模擬理論空白。相關(guān)研究成果發(fā)表于《固體力學(xué)和物理學(xué)雜志》。
據(jù)悉，固體氧化物電池作為一種高效的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，在燃料電池發(fā)電、電解水制氫等領(lǐng)域具有巨大潛力。
“然而，固體氧化物電池在實(shí)際運(yùn)行中的性能衰減問(wèn)題，尤其是電極材料的機(jī)械損傷是制約其商業(yè)化主要因素之一。”哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）理學(xué)院教授仲政介紹，“由于高溫工況限制，目前學(xué)界對(duì)固體氧化物電池性能衰減機(jī)制的理解尚不充分。特別是初始運(yùn)行階段出現(xiàn)的機(jī)械損傷，對(duì)電池具有長(zhǎng)期性、耐久性影響。”
基于此，研究團(tuán)隊(duì)依據(jù)熱力學(xué)定律，構(gòu)建出力-熱-電-化耦合的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論框架，并結(jié)合有限元方法和相場(chǎng)方法，定量研究出真實(shí)微觀電極尺度固體氧化物電池初始性能，以揭示不同工作模式下電極內(nèi)部傳輸、電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、應(yīng)力和機(jī)械損傷之間復(fù)雜耦合作用。這為實(shí)現(xiàn)固體氧化物電池在復(fù)雜工況下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)于促進(jìn)新能源技術(shù)發(fā)展具有積極意義。
全電池真實(shí)微觀結(jié)構(gòu)的精確三維重構(gòu)，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的電極脫層、局部損傷，跨尺度多場(chǎng)耦合過(guò)程及數(shù)值模擬結(jié)果。 研究團(tuán)隊(duì)供圖
同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)基于該理論框架，對(duì)固體氧化物電池在不同工作模式下電極內(nèi)部微結(jié)構(gòu)機(jī)械損傷現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值分析，實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)力對(duì)電極材料機(jī)械損傷的精確量化。
仲政表示，固體氧化物電池多場(chǎng)耦合精確模擬，也將為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究和工程應(yīng)用提供路徑。該研究的方法亦可應(yīng)用于其他類型能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備中，對(duì)于促進(jìn)新能源技術(shù)發(fā)展具有重要意義。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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