近期，哈工大深圳校區(qū)理學(xué)院仲政教授領(lǐng)銜的氫能與燃料電池研究團隊在固體力學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》發(fā)表名為“基于統(tǒng)一多物理場耦合數(shù)值框架的實體微觀結(jié)構(gòu)三維重建及機械性能量化”的前沿科研成果。

這項研究為解析固體氧化物電池（SOCs）在發(fā)電與電解工況下的機械破壞提供了精準(zhǔn)的量化分析手段，對提升SOCs的穩(wěn)定性和使用壽命具有重大理論和實踐價值。

SOCs作為高效能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，在燃料電池發(fā)電、電解水制氫等領(lǐng)域擁有廣闊前景。然而，實際運行中SOCs的性能衰減問題，尤其是電極材料的機械損傷，成為制約其商業(yè)化的關(guān)鍵因素。

受高溫環(huán)境制約，當(dāng)前對SOCs性能衰減機制的認識仍顯不足，尤其是初始運行階段電池內(nèi)形成的機械損傷對長期耐久性的影響。

仲政教授團隊運用熱力學(xué)定律建立了力-熱-電-化耦合的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論框架，結(jié)合有限元法（FEM）和相場法（PFM），對真實微觀電極尺度SOCs的初始性能進行了深入研究。揭示了不同工作模式下電極內(nèi)部的物種傳輸、電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、應(yīng)力和機械損傷間的復(fù)雜相互作用。

團隊通過全電池真實微觀結(jié)構(gòu)的精確三維重構(gòu)，實驗觀察到的電極脫層、局部損傷，跨尺度多場耦合過程及數(shù)值模擬結(jié)果，深入剖析了SOCs在不同工作模式下的電極內(nèi)部微結(jié)構(gòu)機械損傷現(xiàn)象。

同時，團隊從宏-微觀跨尺度角度探討了不同機械邊界條件下SOCs的機械退化與電化學(xué)性能衰減的關(guān)聯(lián)性，為SOCs的設(shè)計和優(yōu)化提供了全新思路。

本篇論文不僅填補了SOCs多場耦合精確模擬的理論空白，也為后續(xù)實驗研究和工程應(yīng)用提供了強大工具，為實現(xiàn)SOCs在復(fù)雜工況下的長期穩(wěn)定性優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)。

此外，該研究方法和工具可廣泛應(yīng)用于其他類型的能量轉(zhuǎn)換和存儲設(shè)備，對推動新能源技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。

論文通訊作者為理學(xué)院教授焦震鈞，第一作者為理學(xué)院博士研究生蘇云鵬。該研究獲得國家自然科學(xué)基金重點項目、廣東省自然科學(xué)基金面上項目以及深圳市基礎(chǔ)研究重點項目資助。