围绕标准体系构建、示范应用推进、多元化场景拓展及技术创新趋势四大维度,系统梳理和分析了中国氢燃料电池技术的发展现状、应用成果与未来演进方向。研究表明,我国已建立覆盖氢能、整车、关键部件及核心材料的全链条标准体系,依托五大示范城市群,成功推动技术规模化应用落地。燃料电池汽车在续航里程、功率密度等关键性能指标上实现显著跃升,燃料电池堆、空气压缩机等核心部件国产化率超 90%,质子交换膜、炭纸、催化剂等核心材料国产化进程加速。与此同时,技术应用场景持续向多领域延伸,在船舶、轨道交通、固定发电、无人机及两轮车等领域完成示范验证,充分体现其技术可行性与碳减排效益。未来,液氢/换氢等新型补能模式的成熟、低成本-长寿命技术路线的突破、人工智能与燃料电池技术的深度融合,以及燃料电池乘用车的应用与推广,将成为驱动我国氢燃料电池技术迈向更大规模化的关键方向。

橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)具有高安全性、长循环寿命和低成本的优势,但其晶体结构本征缺陷带来的低导电性限制了其大范围应用,碳包覆能够有效提升LiFePO₄导电性,是提升LiFePO₄电化学性能的核心策略。综述了LiFePO₄表面碳包覆的研究进展,并对碳包覆方法、碳源种类及碳包覆优化策略进行了总结。

氢燃料电池(PEMFC)与动力电池构成的混合动力系统,其系统设计与能量管理策略的协同优化是提升整体效率、延长系统寿命及改善动态响应性能的关键。首先系统总结了燃-锂混合动力系统的拓扑结构分类及应用,剖析了不同拓扑结构的关键问题。根据问题建立“拓扑-控制”的逻辑关系,为能量管理策略优化设计提供基础。重点对并联和混合两种拓扑结构的能量管理研究方法展开讨论和分析：对以燃料电池为主要供能单元的并联式混合动力系统,研究了其应用与优化设计,强调需综合优化燃料电池的工作状态以提升混合动力系统的效率与稳定性。对混合式动力系统,围绕功率需求预测、能量调度、电池健康管理和系统优化等四个关键方面展开分析,提出建立多目标优化的自适应能量管理体系。通过典型案例的研究与工程应用结合,提高混合动力系统的能源经济性。研究表明：具备在线学习与自适应性的智能能量管理策略,是未来实现混合动力系统性能跃升的重要研究方向。

固体氧化物燃料电池具有发电效率高、余热品位高、环保性好等优点,该技术的商业化将会为未来碳达峰、碳中和提供节能降碳的技术路线支撑。从当前国内示范应用现状、专利布局情况、政策导向、市场现状和排放优势等方面进行了梳理。目前产业处于技术导入期,行业的示范应用项目还非常少,尤其是100 kW以上级别的SOFC发电系统;各地政府均在陆续出台政策推动SOFC的发展,国家层面的研发项目政策也在引导往大型商用设备方面拓展;行业总体的研发资源投入增加,整体专利布局呈现快速增长的趋势。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)密封体系可靠性对其运行及商业化至关重要,相关研究从三方面展开：材料层面,比较硅橡胶、氟弹性体等材料特性,探讨UV光固化胶、厌氧胶等新型密封剂应用价值;结构设计上,基于界面应力与装配工艺,分析直接密封、MEA/PEM包裹式、刚性框架结构的优劣;耐久性评估中,阐述酸性腐蚀、热湿循环、动态载荷下密封体系的化学降解、疲劳及应力松弛机理。未来研究可聚焦复合材料设计、界面力学优化及多尺度寿命预测,为密封体系优化提供理论与实践指导。

电池技术作为清洁能源高效存储与利用的核心支撑,面临研发周期长、寿命预测难、安全性与回收效率低等瓶颈。人工智能(AI)通过构建数据驱动模型和智能优化算法,在材料筛选、制造工艺、性能预测和回收分拣等环节可显著提速。未来以数字孪生为核心的“物理实体—虚拟映射—智能决策”闭环,将结合可解释AI和轻量化算法,实现从分子设计、制造优化到在线监测与回收再利用的全链条覆盖。要推动这一智能融合范式落地,需构建共享数据平台,解决数据孤岛与模型黑箱问题,并加强跨学科协同,为高安全、低成本、可持续电池系统提供坚实支撑,助力新能源领域智能化转型与绿色发展。

氢能作为一种低排放、零污染的新型动力源,受到各行业的青睐,其在道路交通、船舶、航空等领域均有应用,但相关技术在轨道交通装备上的应用尚处于起步阶段。对国内外氢能轨道交通的应用现状进行了阐述,并针对轨道交通装备大功率、多工况需求,对氢燃料电池多堆集成技术、动力源能量分配技术等进行了深入研究。

固态电解质界面膜(SEI)决定锂离子电池性能,但其纳米尺度与动态演化特性带来表征挑战。系统评述了从宏观(FTIR、Raman、SEM)到原子尺度(Cryo-TEM、XPS、ToF-SIMS、TMS、ssNMR)的多尺度表征技术,基于空间/化学分辨率、原位能力、扰动性与可量化性进行综合比较。针对石墨、硅、锂金属及固态电池体系,提出材料适配的最小可复现实验组合(MRC),构建“低扰动原位监测-高分辨终态验证-电化学响应关联”的证据闭环。建立“结构-演化-功能-性能”联动框架,关联d_SEI、f_LiF、s_SEI、E_SEI参数与极化、阻抗及循环衰减。针对原位局限、跨尺度融合与建模薄弱问题,倡导发展密封原位平台、标准化元数据及AI驱动的不确定度量化分析,为电池界面可预测设计提供方法论支撑。

在“双碳”战略稳步实施以及全球能源转型的背景下,大容量磷酸铁锂电池凭借其高能量密度和长寿命等优势在电化学储能电站中广泛应用。然而,电池热失控射流起火严重制约了储能电站的进一步发展。延缓、阻止电池模组在火焰影响下的群体式失效,是应格外关注的重点问题。目前针对大容量电池的热失控燃烧,以及相关的关键热失控参数研究较少。明确电池热失控过程中各参数的变化,是提出抑制方案的前提。针对100 Ah单体电池、四电池模组进行了热失控实验,探究温度、热释放速率(HRR)、质量损失、膨胀力等特征量。结果表明：单体电池热失控射流燃烧会发生吹熄现象,最大HRR为20.6 kW,总释放热量为4.2 MJ,四电池模组热蔓延过程中最大HRR为76.9 kW,总释放热量为33.2 MJ。研究结果为储能电站火灾预警、抑制、消防提供了理论参考。

全球能源消耗不断增加,电化学新型储能系统在平衡能源供应与需求中起到关键作用。随着新型储能系统规模的扩大,系统运行造成的温度问题极大地影响了系统的性能和安全使用,而合理的热管理方案与系统控制策略能良好地保持储能系统运作的稳定性与安全性。从储能系统热管理需求出发,对主流使用热管理方案的特点及应用进行分析,总结了各种方案的未来发展趋势,重点介绍了储能系统温度控制策略,并对储能热管理技术的未来研究方向给出了建议与展望。

基于对称蛇形流场结构,在其流道内布置三种不同类型的挡板,利用FLUENT软件,分别对不带挡板和带有三种不同挡板的质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行数值模拟,结果表明：带挡板的PEMFC的氧气传输能力要高于不带挡板的,且其中带矩形挡板的传输能力最强;相邻挡板之间会产生一定的水聚集,水聚集程度与挡板的横截面积呈正相关;具有矩形挡板的PEMFC的输出功率最高(0.755 W/cm²),比不带挡板的PEMFC提升了25.6%(0.601 W/cm²)。进一步地,利用遗传算法对矩形挡板的尺寸进行优化,得出最优矩形挡板尺寸为0.492 mm×0.238 mm×0.396 mm。对具有优化后矩形挡板的PEMFC进行数值模拟,并与优化前的结果进行对比分析,结果表明：具有最优挡板尺寸的PEMFC的最大功率密度为0.809 W/cm²,比未优化的最大功率密度(0.755 W/cm²)提升了7.2%。

电化学阻抗谱(EIS)作为一种电化学测试技术,通过施加小幅度的交流激励信号来测量电池的阻抗响应,提供关于电池内部结构和化学反应的详细信息。基于EIS测试技术,对锂离子电池荷电状态估计、健康状态估计以及安全预警三个方面的应用进行了综述,旨在为锂离子电池的状态估计和安全预警技术的发展提供参考。

锂金属负极由于其高比容量(3 860 mAh/g)和低还原电位(–3.04 V vs.标准氢电极电位),被认为是电池负极材料的“圣杯”。然而,锂金属电极表面不可控的枝晶生长会导致电池库仑效率降低和循环性能下降,严重时造成电池短路,甚至发生爆炸。基于以上挑战及聚合物策略的应用,从固态电解质、隔膜修饰层、粘结剂、人工固态电解质相界面(SEI)层、复合负极等方面综述了含氟聚合物在锂金属电池中的重要作用,并对含氟聚合物在金属锂电池领域中未来的研究方向和发展趋势进行了展望。

针对锂离子电池在高倍率放电下热失控的问题,提出一种基于叶脉仿生结构的液冷板电池冷却系统,通过数值模拟方法系统分析了其在1 C、3 C、5 C和7 C放电的冷却性能及流体力学特性。研究对比了叶脉形、蛇形、直形和蜂窝形四种液冷板结构,结果表明：叶脉形仿生结构在不同放电倍率下的最高温度(T_max)显著低于其他三者,5 C放电倍率下的压降(ΔP)为31.416 Pa,综合散热性能优于其他结构。进一步优化发现：当叶脉宽度为6 mm、冷却剂入口数量为3个、入口流速为0.3 m/s时,系统的T_max降至300.9 K,最大温差(ΔT_max)为2.31 K,ΔP维持在31.416 Pa。

随着全球对清洁能源需求的日益增加,燃料电池汽车(FCEV)作为一种新兴的零排放交通工具,逐渐受到关注。然而,高原地区特殊的环境条件(如低气压、低氧、低温)对燃料电池系统的性能和稳定性提出了严峻的考验。通过试验系统研究了0~3 000 m海拔环境下大气压力对燃料电池电堆、系统及辅助部件的影响,并量化揭示了高原环境对系统性能的作用机制。研究结果表明：海拔升至3 000 m时,电堆功率下降12.9%,系统功率降低11.8%,低电流区间系统效率降幅达25.2%,辅助系统功率最大激增209%;性能变化主要源于空压机功耗的增加,其功率占比由15%~20%升至20%~25%。基于上述结论,建议在高原应用燃料电池系统时优先对空压机进行高原性能标定,并在整机开发中为其预留足够能力,以保障系统在高海拔条件下的稳定输出。

电活性有机化合物(EOMs)因其优越的溶解性、低成本和结构可调控性而受到广泛关注。基于EPI Suite™数据库的水溶性统计,从中筛选出优异的EOMs候选者。设计了一种联吡啶鎓盐类的氧化还原单流动电池(SRFB),实现了优选的2,2'-联吡啶鎓盐电解质能够在超高浓度下稳定充放电。结果表明：采用SRFB技术可提供更高的可逆容量和功率密度,基于饱和浓度的2,2'-联吡啶鎓的SRFB在40 mA/cm²电流密度下显示出高达56.0 Ah/L的可逆电解液体积比容量和99.99% 的库仑效率。该研究大大提高了联吡啶鎓基电解质的可逆容量,提供了一种前景广阔且安全的RFB 技术,并且能够适应各种应用场景。

深入理解电池内部物理、化学状态及反应机理是推动锂离子电池技术进步的关键。光纤传感器凭借结构紧凑、灵敏度高等固有优势,成为破解传统电池“黑箱”难题的有效途径,是近年研究热点。嵌入式光纤传感器可揭示电池从一维微观到三维宏观的多尺度、全方位演变规律,从而为电池精细化建模及管理提供数据支撑。综述了在锂离子电池中具有广阔应用前景的各类光纤传感器,并从电池健康状态监测、内部电化学行为感知及热失控预警三个关键方向,总结了该技术在锂离子电池中的实际应用。最后,对嵌入式光纤感知技术在智能电池中的发展前景进行展望,旨在阐明先进光纤传感器实现电池嵌入式监测的技术路径与应用价值。

为准确监控氢燃料电池的工作状态,提高供能系统可靠性和安全性,建立了5种预测模型,输入运行特征参数,如阳极和阴极气体压力、温度等,进行详细的仿真对比研究。测试了3组公开数据集(FC1~FC3),分别包括不同结构、功率组成和工作时长。所有方法中超参数经过贝叶斯自动调参训练后,均给出了状态参量的预测结果,分析了不同方法的特性与数据集关联性。结果表明经典方法[卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络模型(LSTM)]对于平稳数据集具有一定预测能力,CNN-LSTM-Attention方法(CLA)在时空特征融合上有效,适合于处理动态特征丰富、波动幅度大的数据,但对于波动幅度小且具有周期性的电压序列CNN-LSTM方法效果更佳。Transformer方法在平稳数据处理中有一定局限性。相关数据和结论可用于工况参数预测模型的优化和电池智能状态监测。

随着汽车产业电气化进程的发展,电池管理系统对电动汽车的智能化运行至关重要,而准确的电池状态估计又依赖于电池模型的有效选择。分数阶模型可以在计算效率和精度之间取得良好平衡,展现出广阔的应用前景。对分数阶模型的建模展开综述：概述了不同电池模型的建模机理,并重点讨论了分数阶模型的原理、结构及相较于其他模型的优势与适用场景;探讨了分数阶-热模型耦合在精确协同监控电池温度与电化学性能方面的潜力;在此基础上,对分数阶模型在电池管理领域未来的研究方向与挑战进行了展望。旨在为车用锂离子电池分数阶模型的理论研究及工程应用提供有益参考,以期促进其在先进电池管理系统中的集成与发展。

为了加速锂离子电池技术发展、保证电池长期可靠运行,准确预测电池的循环寿命至关重要。然而,锂离子电池老化机制的多样性、制造和测试设备的差异以及工况条件的差异,导致电池寿命预测难以准确。要实现准确的电池寿命预测,需要合理的数据描述和有效的预测算法。提取初始充电循环的电压、电流和温度以及其在不同循环的差异作为输入特征描述电池的状态,基于多任务学习框架,使用三维卷积神经网络(3DCNN)和二维卷积神经网络(2DCNN)融合的模型自动提取输入曲线中的特征,挖掘不同特征和循环之间的关系,从而预测电池寿命。结果表明,所提出的方法在不同电池不同充电策略下的早期预测(20个循环)误差可达到5.01%。

随着储能系统、电动汽车和便携式电子产品的快速发展,锂离子电池安全性备受关注。隔膜作为正负极间的核心功能层,直接决定电池寿命、安全边界与可靠性。聚烯烃隔膜因工艺成熟与成本优势仍占主流,但其热稳定性、机械强度、润湿性和化学相容性不足,难以满足高能量密度和复杂工况需求。综述了隔膜的主要类型与性能要求,并将其失效机理归纳为热失效、机械失效、电化学失效、功能退化及多物理场耦合五类。在分析方法上,提出了涵盖形貌、热学、力学、电化学及成分的多维度表征框架,结合实验案例揭示了隔膜退化与电池安全衰减的内在联系。针对失效风险,重点评述了陶瓷涂覆、纳米纤维增强、功能化涂层和阻燃组分引入等改性手段,并指出未来隔膜将由单一改性走向多功能协同,需兼顾薄型化、高强度、耐高温与阻燃、自修复、智能感知等新特性。最后,展望了多物理场建模、先进原位表征及智能隔膜的发展趋势,为高安全、高性能电池提供参考。

空冷型开放阴极质子交换膜燃料电池由于需要将空气同时作为反应物和冷却剂,其阴极直接暴露在多变和可能的恶劣空气条件下,这对电堆的性能提出挑战。针对无人机用空冷型燃料电池进行了模拟真实飞行条件下的电堆运行实验,验证了电堆能够在数小时内独立为无人机提供动力。随后完成了电堆在200 h长时间尺度下的性能测试,实验结果表明电堆的平均单片电压每小时下降约0.38 mV。研究发现电堆性能的降低主要是来自于操作参数和环境条件的改变,且下降幅度与主要空气污染物水平呈现明显的正相关关系。同时发现,即使在电堆性能下降后氢气消耗仍保持在原水平,表明更多的能量转化为了热能而不是电能。

隔膜作为锂离子电池的关键组件,其性能直接影响电池的循环寿命和安全性能。以聚乙烯、聚丙烯为代表的聚烯烃材料凭借低成本、高化学稳定性和高机械强度等特性,在锂离子电池领域获得广泛应用。系统综述了锂离子电池用聚烯烃隔膜的研究进展,涵盖了其基本特性、制备工艺、性能挑战、改性策略及各种改性策略对提升电池安全性能和电化学性能的作用机理。通过结合微观结构表征,详细探讨了聚烯烃隔膜的多功能化设计思路。最后,基于当前研究进展,对该领域的未来发展趋势进行了前瞻性展望。

全固态锂硫电池(ASSLSBs)通过构建“固-固”转化路径,有效克服了传统锂硫电池中多硫化物的穿梭效应和锂枝晶生长问题,显著提升了电池的安全性与能量密度。然而,其发展仍面临固-固反应动力学缓慢、界面接触不良、体积变化大等挑战。总结了ASSLSBs在正极材料设计、固态电解质开发、界面工程及机理研究等方面的最新进展,并展望了未来研究方向,包括深入理解反应机制、开发新型电解质体系、引入催化策略促进转化反应以及推进实用化软包电池构建,以推动ASSLSBs从基础研究向实际应用迈进。

锂离子电池电化学储能系统是解决可再生能源不可预测性和高比例消纳的关键手段。探究了实际服役环境的关键因素对电池性能和安全性的影响,系统分析了温度、湿度、盐雾腐蚀、压力和振动等环境应力对电池材料、容量衰减、电池寿命和服役安全性等电池性能的作用机制。研究表明,极端的环境应力会加剧电池的退化和衰减,对电池的服役寿命和长效安全性构成严峻挑战。针对极端环境对电池的危害,总结了特殊环境下电池仍亟需解决的问题和现有研究中为减少服役环境对电池可靠性和安全性威胁所采取的有效策略,指出了未来研究在提高电池环境适应性和延长使用寿命方面的关键方向。为理解锂离子电池的失效机理和设计研发极端环境应用的储能电池提供了研究思路。

全球碳中和目标推动能源系统从“碳基”向“氢基”转型。氢能,尤其绿氢成为能源转型的关键载体,以全球重大政策为牵引,绿氢示范性项目蓬勃发展,但目前此类项目多以示范性质为主,面临技术成熟度不高、成本高昂、基础设施滞后等瓶颈。系统梳理了国内外绿氢示范性项目的技术进展与政策实践,从落地角度探讨了各关键环节技术进展,包括电解水制氢技术、储运技术、安全应用技术等,展望了绿氢在未来能源体系中为传统高碳排行业发挥深度脱碳作用的前景。为助力绿氢产业突破瓶颈,未来绿氢产业链发展将聚焦电解槽内核心部件、储运氢材料的研发,积极拓展应用场景,推动氢能成为实现双碳目标的核心支柱。

液氢具有运输效率高、运输成本低、加注速度快、超长续航易达成等优点,在储、运、加、用等方面具有相当的优势。目前国内外相关企业逐步开展液氢重卡方面的研究,但由于液氢的深冷特性以及氢气的特殊性,在实际使用过程中存在诸多限制,对液氢相关部件的要求相对更加严苛。但当前车载液氢系统的检验标准和规范相对缺失,相关检验验证流程基本依据现行团体标准或较为早期的ISO标准,目前尚未形成一套系统完整的分析验证体系。针对国内外已推出的液氢燃料电池电动汽车相关标准,从基本性能要求、安全性、可靠性、环境适应性及整车要求等方面建立相关部件的分析验证体系并进行简要分析,以期推动液氢产业发展与液氢燃料电池电动汽车的进一步发展。

阴极氧还原反应是燃料电池的核心反应之一,然而,阴极缓慢的氧还原反应和质量传输受限等因素会制约电池性能的提升,阻碍质子交换膜燃料电池的商业化应用。综述了近年来阴极催化层中的催化剂、碳载体和离聚物对氧还原反应活性的影响及优化策略。通过调控Pt催化剂的形貌、开发Pt-过渡金属合金能增加活性位点数量,降低氧还原反应能垒。非Pt系催化剂在显著降低成本的同时,通过其独特的结构(如核壳、多孔结构等)和活性位点(如Fe-N₄)能提高氧还原反应活性。此外,良好孔径分布的碳载体可以强化传质,杂原子掺杂等改性策略进一步提高了催化剂的稳定性。使用短侧链或高透氧性离聚物在减弱对活性位点毒化的同时还能强化传质,使氧还原反应活性得到进一步提高。旨在为设计高性能的阴极催化层提供指导。

在“双碳”目标与全球能源转型背景下,我国风电、光伏装机量快速增长,但可再生能源的间歇性问题需长时储能技术解决,钒液流电池因能量存储灵活、寿命长、环保等优势成为重要选择之一。统计了2011—2024年国内钒电池项目并分析了相关政策。截至2024年末,中国所有钒电池项目共计189项,总装机功率达6 074 MW,总储能容量为23 956 MWh。已投运项目呈“小而多”特征,建设中及规划中项目的规模明显增大;钒电池项目呈现出逐年增长的态势,2024年出现爆发性增长;同时,我国钒电池项目区域发展存在差异化,西北平均项目规模最大、华东项目数量最多。通过市场发展机遇、市场发展阻碍对钒电池产业进行了展望,并分场景进行了未来市场预测。

采用Sc₂O₃稳定ZrO₂(ScSZ)作为电解质,通过丝网印刷工艺在平管型阳极支撑体上制备了ScSZ电解质薄膜,最终形成了Ni-YSZ/Ni-ScSZ/ScSZ/GDC/LSCF-GDC构型的平管型SOFC,系统评价其650~750 ℃性能及放大可行性。ScSZ电解质在900 ℃时电导率达0.146 S/cm,约为8YSZ的2.5倍,为SOFC中低温运行提供材料基础。单电池(活性面积60 cm²)在750 ℃峰值功率为37.8 W,极化阻抗占比>88%;阻抗弛豫时间分布解析表明,气体吸附解离过程是主要限速步骤。5片串联短堆在750 ℃时实现218 W最大功率输出,与单电池性能相当。全电池在750 ℃下恒流放电连续运行870 h,电压每1 000 h衰减仅为1.06%,微观结构保持完整。研究表明,基于ScSZ电解质的平管型SOFC兼具高功率、易放大与长寿命优势,为千瓦级中低温SOFC商业化提供了可行路线。

固态锌空气电池(ZABs)在柔性储能系统中展示出广阔的应用前景。通过冻融循环法,将透明质酸钠(SA)、聚乙烯醇(PVA)和锌盐复合制备出增强型自适应中性水凝胶电解质,并系统分析其物化特性及电化学性能。结果表明：SA和水分子之间的强氢键作用赋予材料优异的自适应力学性能、保水能力及热稳定性;氢键的形成有效降低了水的活性,从而抑制了析氢副反应和锌枝晶生长;此外,SA与Zn²⁺之间的强结合能显著改变了Zn²⁺的传输路径。得益于这一优化设计,对称电池在0.4 mA/cm²电流密度下可稳定循环超过5 000 h,ZABs全电池的循环寿命和全放电容量均得到显著提升。

三元正极材料低热稳定性及有害气体释放特性严重影响了锂离子电池的安全性能。针对三元正极材料性能失效、结构失效及安全稳定性之间的内在联系,通过原位电化学质谱和差示扫描量热分析探究老化失效(A-NCM)及原始(O-NCM) LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂电极材料在两种状态下的安全稳定性。结果表明,在4.7 V充电截止电压测试条件下,A-NCM重组装的电池在电化学循环过程中产生了明显的CO₂和H₂有害气体。此外,当电极材料与电解液之间的热分解反应被引发后,A-NCM电极将释放更多的热量,从而进一步推高电池温度,造成安全隐患。该研究有助于构建“电池老化-电池安全”之间的映射关系,为电池安全智能管理提供理论基础。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有效率高、零排放等优点,但气体泄漏仍是制约其性能与可靠性的关键问题。综述了PEMFC中界面泄漏与渗透泄漏的机理及其影响因素。界面泄漏受表面粗糙度、接触压力、材料老化和装配误差影响,常采用接触力学与格子玻尔兹曼方法进行建模分析;渗透泄漏则涉及气体在密封材料与质子交换膜中的溶解-扩散过程,受材料微结构与环境条件影响。研究表明,密封材料性能与装配工艺对系统密封性至关重要。然而,热-力-化学耦合下的泄漏行为研究尚不充分。未来可融合先进测试手段、分子模拟与智能诊断,推动高性能密封材料与预测模型的发展,提升PEMFC的可靠性与工程适应性。

随着磷酸铁锂(LFP)电池退役潮的到来,废旧LFP的回收与再生工作成为研究热点,其中电池的健康状态(SOH)评估是再生流程中的重要一环。为了提供一种快捷的商用LFP电池SOH评估方法,采用了恒流充放电测试、X射线衍射(XRD)表征和磁性表征研究了循环1次、500次、1 000次和3 000次的商业LFP电池。恒流充放电测试结果表明，上述电池的SOH分别为100%、90%、37%和30%，根据磁性表征结果评估上述电池的SOH误差不超过7%。通过磁性表征参数得到电池内部物质比例，将本源物质与活性锂损失、SOH关联起来，为未来开发基于磁性表征的原位无损检测技术提供依据。

Fe基聚阴离子Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇(NFPP)因其资源丰富,原材料价格低廉而有望成为钠离子电池正极的理想材料。但由于其电子导电率低和离子扩散缓慢的问题使其在实际电池系统中的规模化应用受限。本研究通过固相球磨法梯度添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP,0%~7%),构建氮掺杂碳包覆NFPP正极材料。该材料表征表明,NFPP展现出不规则的纳米颗粒,适量添加PVP可优化晶体结构并形成多孔形貌,形成三维蜂窝状碳网络。电化学数据显示,NFPP-PVP5%表现出优异的电化学性能,0.2 C时首次充放电的容量为104.15 mAh/g,同时还拥有较好的循环稳定性和倍率性能。通过计算可知NFPP-PVP5%表现出最高的钠离子扩散系数。性能的提升归因于适量的氮掺杂碳层与多孔结构的协同作用,该策略为高性能钠电正极材料设计提供新思路。

氢燃料电池因其功率密度高、零排放和低噪音等特性,在无人机领域具有显著应用潜力。然而峰值功率受限、动态特性不足等因素是限制其大规模应用的瓶颈,采用燃料电池-锂电池复合能源系统架构,构建基于动态功率分配的协同控制策略。通过搭建实验平台并建立孪生仿真模型对该控制策略进行验证,结果表明该控制策略具有瞬时响应速度快、功率输出稳定、执行效率高的特点。同时仿真模型和实验结果吻合度较高,通过仿真计算可以实现对预设负载下无人机的续航时间等进行预测。

固体氧化物燃料电池的流场对其各项性能有重要的影响,对其进行优化设计有重要的意义。基于计算流体力学,构建了五入口蛇形流场,通过与典型的Z型流场、蛇形流场以及已开发的三入口蛇形流场进行对比。研究发现,五入口蛇形流场的气体分布更均匀,电解质电流密度分布也更均匀,能有效减小因为浓差损耗而带来的极化损耗。流道多入口、少弯曲的设计能减小通道内流量过大而导致气体堆积的影响,也能增强电池散热能力。在燃料总速度为7.2 m/s,空气总速度为18 m/s时,五入口蛇形流场的最大输出功率相较Z型流场、单入口蛇形流场、三入口蛇形流场分别提升了22.6%、13.94%和12.95%。

快充能力[10~15 min充至80%荷电状态(SOC)]正成为车载锂离子电池的关键指标,但快充过程及效果受锂析出、浓差极化、厚电极离子传输与热-电化学耦合的共同约束。从机制、结构、热管理、协议与控制、在线诊断和系统集成等六个层面对快充技术进行综述。以风险域图(温度、SOC和电流密度)、温度轨迹(保温充与快散热)、健康约束和协议优化[模型预测控制(MPC)与强化学习(RL)]为骨干,联动厚电极结构窗口(e、t和L)与电池管理系统(BMS)可采信号[dV/dt、电化学阻抗谱(EIS)、非线性频率响应分析(NFRA)和ΔT/∇T],将安全与寿命直接纳入充电控制闭环。安全高效的快充可通过如下技术措施实现：(1)建立风险域图,把不可观测的失配风险转译为协议层硬或软约束;(2)通过降低曲折度、优化孔隙梯度与合理的集流体设计,可在高面密度下提升D_eff并抑制极化;(3)“保温充与快散热”在低温与极限快充中兼顾动力学与副反应;(4)MPC、ANN-MPC与RL在诊断触发下实现个体化快充;(5)整车、桩网和云端的协同决定分钟级补能的上限。讨论了以t₈₀、ΔT和寿命衰减率为统一指标的验证与准入框架,给出了面向量产时的快充设计要点建议,明确了快充技术未来的重点攻关方向。

低温启动性能是质子交换膜燃料电池堆的关键技术指标之一,为研究低温启动前后对膜电极的影响,分析了燃料电池堆低温启动方法,通过停机吹扫和“间歇启停小循环+降低空气计量比”方法,实现了60 kW燃料电池堆–30 ℃无辅助低温启动。最后,通过多次启机后膜电极关键组件的拆解表征,研究了低温启动过程对膜电极的影响。