近期，哈工大深圳校區(qū)理學院仲政教授領銜的氫能與燃料電池研究團隊在固體力學領域頂級期刊《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構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)換設備，在燃料電池發(fā)電、電解水制氫等領域擁有廣闊前景。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)化的關鍵因素。

受高溫環(huán)境制約，當前對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定律建立了力-熱-電-化耦合的連續(xù)介質(zhì)力學理論框架，結合有限元法（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、電化學反應動力學、應力和機械損傷間的復雜相互作用。

團隊通過全電池真實微觀結構的精確三維重構，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)值模擬結果，深入剖析了SOCs在不同工作模式下的電極內(nèi)部微結構機械損傷現(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性能衰減的關聯(lián)性，為SOCs的設計和優(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)實驗研究和工程應用提供了強大工具，為實現(xiàn)SOCs在復雜工況下的長期穩(wěn)定性優(yōu)化提供了科學依據(jù)。

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

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