中國科學技術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，報道了一種基于磁場成像的氫燃料電池無損檢測理論及方法，突破現有氫燃料電池性能表征依賴于材料分析、電流分布等侵入式檢測手段的瓶頸。研究成果日前發表在《細胞》期刊旗下的《物理科學報告》上。
氫燃料電池（PEMFC）被廣泛應用于氫能利用領域，然而目前影響商用氫燃料電池系統大規模應用的主要因素是電池運行過程中可靠性需要評估，即電池異常狀態需要及時識別。目前，主要的狀態識別方法難以對電池內部狀態變化的發展路徑及對應機理進行檢測及分析，從而無法根據識別結果對PEMFC系統進行對應調控，進而保障PEMFC系統的運行安全。
在PEMFC運行過程中，電池性能狀態與其內部水分布、電流分布息息相關。目前，相關技術主要通過材料分析、水傳輸分布、電流分布等手段來評估氫燃料電池性能狀態，然而這些技術會干擾電池的運行狀態，甚至破壞電池固有結構和性能，進而很難保證技術可靠性和實用性。
研究人員將PEMFC內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磁場可以反映電池性能變化。這是在該研究領域內首次系統性分析并提出了氫燃料電池的性能變化與其內部不同分量電流和激發磁場的關聯機制。
該研究首先建立PEMFC仿真模型，分析其在不同運行狀態下的電流和磁場分布變化；進而搭建PEMFC外部磁場檢測系統，通過磁場成像分析PEMFC系統內部狀態變化路徑及對應機制。因此，此次研究工作提出了一種基于磁場成像的PEMFC系統無損檢測理論及方法，可在PEMFC運行過程中揭示狀態變化的起源和演變過程，在商用PEMFC系統的狀態檢測及異常識別方面極具應用潛力。
中國科大工程科學學院博士研究生孫譽寧為論文第一作者，毛磊特任研究員為論文唯一通訊作者。
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