科技日报记者 罗云鹏 通讯员 谢梁晖
28日，记者从哈尔滨工业大学（深圳）获悉，该校理学院氢能与燃料电池研究团队，构建出力-热-电-化耦合的连续介质力学理论框架，定量研究出真实微观电极尺度固体氧化物电池初始性能，填补了固体氧化物电池多场耦合精确模拟理论空白。相关研究成果发表于《固体力学和物理学杂志》。
据悉，固体氧化物电池作为一种高效的能源转换设备，在燃料电池发电、电解水制氢等领域具有巨大潜力。
“然而，固体氧化物电池在实际运行中的性能衰减问题，尤其是电极材料的机械损伤是制约其商业化主要因素之一。”哈尔滨工业大学（深圳）理学院教授仲政介绍，“由于高温工况限制，目前学界对固体氧化物电池性能衰减机制的理解尚不充分。特别是初始运行阶段出现的机械损伤，对电池具有长期性、耐久性影响。”
基于此，研究团队依据热力学定律，构建出力-热-电-化耦合的连续介质力学理论框架，并结合有限元方法和相场方法，定量研究出真实微观电极尺度固体氧化物电池初始性能，以揭示不同工作模式下电极内部传输、电化学反应动力学、应力和机械损伤之间复杂耦合作用。这为实现固体氧化物电池在复杂工况下的长期稳定性优化提供了科学依据，对于促进新能源技术发展具有积极意义。
全电池真实微观结构的精确三维重构，实验观测到的电极脱层、局部损伤，跨尺度多场耦合过程及数值模拟结果。 研究团队供图
同时，研究团队基于该理论框架，对固体氧化物电池在不同工作模式下电极内部微结构机械损伤现象进行数值分析，实现多种应力对电极材料机械损伤的精确量化。
仲政表示，固体氧化物电池多场耦合精确模拟，也将为后续实验研究和工程应用提供路径。该研究的方法亦可应用于其他类型能量转换和存储设备中，对于促进新能源技术发展具有重要意义。
