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当前人类建立在以消耗煤炭、石油、天然气为主的不可再生能源基础之上的经济发展模式，导致了日益突出的环境污染和温室效应问题。为实现人类社会可持续发展，建立人与自然的和谐关系，发展风能、水能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等绿色能源，成为世界各国高度关注的课题。

氢燃料电池是以氢气为燃料，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的发电装置，具有能量转换效率高、零排放、无噪声等优点，相应技术进步可推动氢气制备、储藏、运输等技术体系的发展升级。在新一轮能源革命驱动下，世界各国高度重视氢燃料电池技术，以支撑实现低碳、清洁发展模式。

然而目前影响商用氢燃料电池系统大规模应用的主要因素是电池运行过程中可靠性需要评估，即电池异常状态需要及时识别。目前，主要的状态识别方法难以对电池内部状态变化的发展路径及对应机理进行检测及分析，从而无法根据识别结果对氢燃料电池系统进行对应调控，进而保障氢燃料电池系统的运行安全。

除此之外，在氢燃料电池运行过程中，电池性能状态与其内部水分布、电流分布息息相关。目前，相关技术主要通过材料分析、水传输分布、电流分布等手段来评估氢燃料电池性能状态，然而这些技术会干扰电池的运行状态，甚至破坏电池固有结构和性能，进而很难保证技术可靠性和实用性。

近日，中国科学技术大学工程科学学院特任研究员毛磊团队在氢燃料电池无损检测方面取得突破性进展。他们首先建立氢燃料电池仿真模型，分析其在不同运行状态下的电流和磁场分布变化；进而搭建氢燃料电池外部磁场检测系统，通过磁场成像分析氢燃料电池系统内部状态变化路径及对应机制。

研究团队将氢燃料电池内部电流分解为平行膜方向膜电流和垂直膜方向主电流，并揭示了氢燃料电池故障时性能下降的本质原因——参与化学反应的主电流减少，寄生损耗的膜电流增加，因此膜电流及其激发磁场可以反映电池性能变化。

该项研究首次在该研究领域内系统性地分析并提出了氢燃料电池的性能变化与其内部不同分量电流和激发磁场的关联机制。同时，该项研究工作中还提出了一种基于磁场成像的氢燃料电池系统无损检测理论及方法，可在氢燃料电池运行过程中揭示状态变化的起源和演变过程，在商用氢燃料电池系统的状态检测及异常识别方面极具应用潜力。

研究成果日前发表在《细胞》期刊旗下的《物理科学报告》上。

(资料来源：中国科学报)

关键词： 氢燃料电池 状态变化 状态检测