哈工大深圳校区理学院仲政教授团队发表氢能源领域重要成果

近期，哈工大深圳校区理学院仲政教授领衔的氢能与燃料电池研究团队在固体力学领域顶级期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》发表名为“基于统一多物理场耦合数值框架的实体微观结构三维重建及机械性能量化”的前沿科研成果。

这项研究为解析固体氧化物电池（SOCs）在发电与电解工况下的机械破坏提供了精准的量化分析手段，对提升SOCs的稳定性和使用寿命具有重大理论和实践价值。

SOCs作为高效能源转换设备，在燃料电池发电、电解水制氢等领域拥有广阔前景。然而，实际运行中SOCs的性能衰减问题，尤其是电极材料的机械损伤，成为制约其商业化的关键因素。

受高温环境制约，当前对SOCs性能衰减机制的认识仍显不足，尤其是初始运行阶段电池内形成的机械损伤对长期耐久性的影响。

仲政教授团队运用热力学定律建立了力-热-电-化耦合的连续介质力学理论框架，结合有限元法（FEM）和相场法（PFM），对真实微观电极尺度SOCs的初始性能进行了深入研究。揭示了不同工作模式下电极内部的物种传输、电化学反应动力学、应力和机械损伤间的复杂相互作用。

团队通过全电池真实微观结构的精确三维重构，实验观察到的电极脱层、局部损伤，跨尺度多场耦合过程及数值模拟结果，深入剖析了SOCs在不同工作模式下的电极内部微结构机械损伤现象。

同时，团队从宏-微观跨尺度角度探讨了不同机械边界条件下SOCs的机械退化与电化学性能衰减的关联性，为SOCs的设计和优化提供了全新思路。

本篇论文不仅填补了SOCs多场耦合精确模拟的理论空白，也为后续实验研究和工程应用提供了强大工具，为实现SOCs在复杂工况下的长期稳定性优化提供了科学依据。

此外，该研究方法和工具可广泛应用于其他类型的能量转换和存储设备，对推动新能源技术发展产生深远影响。

论文通讯作者为理学院教授焦震钧，第一作者为理学院博士研究生苏云鹏。该研究获得国家自然科学基金重点项目、广东省自然科学基金面上项目以及深圳市基础研究重点项目资助。