近日,中國科學技術大學工程科學學院精密機械與精密儀器系先進感知、數據融合及智能運維課題組毛磊特任研究員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,研究成果以“Imaging PEMFC performance heterogeneity by sensing external magnetic field”為題發表在《Cell Press》期刊《Cell Reports Physical Science》上。
氫燃料電池技術(PEMFC)被廣泛應用于氫能利用領域,然而影響商用氫燃料電池系統可靠性的主要因素是在電池運行過程中難以進行電池性能表征并識別電池異常狀態。目前,主要的狀態識別方法僅可對PEMFC狀態變化進行識別,但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。
毛磊特任研究員團隊將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是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。
圖1.PEMFC內部電流和磁場分布。(a) PEMFC內部電流; (b)膜電流及其磁場分布; (c)主電流及其磁場分布.
PEMFC電流分布和相應磁場分布如圖1所示,作者團隊將PEMFC內部電流分解為平行膜方向膜電流(圖1B)和垂直膜方向主電流(圖1C),并揭示了氫燃料電池故障時性能下降的本質原因是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。
圖2 技術路線圖
該研究的研究思路如圖2所示,首先通過建立多物理場PEMFC仿真建模,對PEMFC在不同運行狀態下的膜電流及其磁場分布變化進行分析;進而搭建PEMFC外部磁場檢測系統,通過檢測PEMFC運行過程中的膜電流磁場分布,分析PEMFC系統內部狀態變化路徑及對應機制。據此,本研究工作中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。
總之,這項研究工作中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。
6月20日,第四代吉利醇氫電動轎車交車儀式在張家口市民廣場舉行,首批36輛醇氫電動轎車正式交付,主要應用于當地出租車行業。據了解,張家口市大力鼓勵出租車經營者自愿更換電動出租車。目前,全市電動出租車保有量達1137輛,位居全省前列。 近年來,張家口市鞏固國家公交都市建設示范城市創建成果,加快構建綠色交通體系,推進新能源在城市公交、出租車和配送領域的推廣使用,不斷優化城市綠色出行環境,推動交通結構綠色低碳轉型。 筆者在張家口市橋西區展覽館公交站看到,一輛輛車牌上印有“F”標識的氫燃料電池公交車從身邊駛過,成為一道亮麗風景線。“目前,全市擁有綠色能源公交車2050輛,占公交車輛總數的90.4%,主城區綠色能源公交車輛占比100%。”張家口市交通運輸局相關負責人介紹,該市已投運氫燃料電池公交車444輛,位居全國首位。 該市不斷豐富氫能交通應用場景,氫燃料電池重卡已應用于當地煤炭運輸服務以及建筑垃圾倒運領域。目前,該市有氫燃料電池提供動力的物流車725輛、牽引車3輛、倉柵車40輛。“動力系統由本地企業生產制造,具有快速加氫、功率高、續航里程長等優勢。”張家口億華通動力科技有限公司品牌部負責人李靖介紹,氫燃料電池重卡每加滿一次燃料...