5月28日，記者從哈爾濱工業大學（深圳）獲悉，該校理學院氫能與燃料電池研究團隊，構建出力-熱-電-化耦合的連續介質力學理論框架，定量研究出真實微觀電極尺度固體氧化物電池初始性能，填補了固體氧化物電池多場耦合精確模擬理論空白。相關研究成果發表于《固體力學和物理學雜志》。
據悉，固體氧化物電池作為一種高效的能源轉換設備，在燃料電池發電、電解水制氫等領域具有巨大潛力。
“然而，固體氧化物電池在實際運行中的性能衰減問題，尤其是電極材料的機械損傷是制約其商業化主要因素之一。”哈爾濱工業大學（深圳）理學院教授仲政介紹，“由于高溫工況限制，目前學界對固體氧化物電池性能衰減機制的理解尚不充分。特別是初始運行階段出現的機械損傷，對電池具有長期性、耐久性影響。”
基于此，研究團隊依據熱力學定律，構建出力-熱-電-化耦合的連續介質力學理論框架，并結合有限元方法和相場方法，定量研究出真實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部傳輸、電化學反應動力學、應力和機械損傷之間復雜耦合作用。這為實現固體氧化物電池在復雜工況下的長期穩定性優化提供了科學依據，對于促進新能源技術發展具有積極意義。
全電池真實微觀結構的精確三維重構，實驗觀測到的電極脫層、局部損傷，跨尺度多場耦合過程及數值模擬結果。 研究團隊供圖
同時，研究團隊基于該理論框架，對固體氧化物電池在不同工作模式下電極內部微結構機械損傷現象進行數值分析，實現多種應力對電極材料機械損傷的精確量化。
仲政表示，固體氧化物電池多場耦合精確模擬，也將為后續實驗研究和工程應用提供路徑。該研究的方法亦可應用于其他類型能量轉換和存儲設備中，對于促進新能源技術發展具有重要意義。
（中國粉體網編輯整理/喬木）
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