Pulin Zhang · Diankai Qiu · Linfa Peng · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.383

摘要 为了满足高功率输出的需求，大面积的质子交换膜燃料电池（PEMFCs）已成为研究的重点。然而，在实际应用中，燃料电池内部的非均匀反应难以避免，这会导致性能下降以及电堆寿命缩短。了解燃料电池内部物理量分布的变化规律，并准确预测其未来的内部状态，对于燃料电池的控制与维护至关重要。本文提出了一种多物理量融合图自编码器网络（MP-GAE），该模型是一种针对燃料电池性能及多物理场分布的瞬态预测模型，重点考虑了反应时间、空间位置以及多个物理场之间的耦合关系。基于图注意力机制和时序网络，构建了分段时序图注...

解读: 该PEMFC多物理场预测技术对阳光电源氢能业务具有重要借鉴价值。论文提出的MP-GAE时空预测模型可应用于我司燃料电池系统的智能运维:1)非均匀反应预测算法可集成至iSolarCloud平台,实现电堆性能衰减的预测性维护;2)多物理场耦合分析方法可优化燃料电池DC/DC变换器的动态响应控制策略;3)...

Xubing Fuab · Yan Liuc · Xiaodong Wanga · Lei Kangb 等5人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.386

摘要 由于具有独特的二维（2D）平面结构，石墨烯展现出优异的力学、电学、化学和热学性能，在能量存储与转换应用中表现出巨大的潜力。本文系统综述了石墨烯基复合材料在锂离子电池（LIBs）、燃料电池和太阳能电池中的最新研究进展。本综述旨在阐明石墨烯基材料作为锂离子电池中的电极/添加剂、燃料电池中的改性剂/催化剂以及太阳能电池中的电极/传输层/活性层材料时的结构-性能关系及其设计与合成策略。此外，还重点讨论了石墨烯基材料在实际应用中所面临的挑战及其显著的应用价值，这将为其在可再生能源转换与存储系统中的广...

解读: 石墨烯基复合材料在储能与能量转换领域的研究对阳光电源具有重要战略价值。在储能系统方面,石墨烯改性电极材料可提升PowerTitan储能系统中锂电池的能量密度和循环寿命,优化ST系列PCS的充放电效率;在光伏领域,石墨烯透明导电层和载流子传输层技术可改善SG系列逆变器配套组件的光电转换效率;在电动汽车...

Morten Phan Klitko · Albert Lopez de Moraga · Julian Taubman · Stéven Pirou 等7人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.400

摘要 固体氧化物电池（SOC）由于其无与伦比的效率，适用于大规模电解应用。目前燃料电极支撑型电池的性能瓶颈在于Ni-YSZ燃料电极，其在高电流密度下会发生严重的退化，从而限制了氢气的生产能力。为克服上述限制，本研究展示了将Ni-GDC（Ce0.9Gd0.1O1.95）燃料电极集成到共烧结薄电解质电池中的可行性。Ni-GDC在电解质支撑型电池中广泛应用，且未表现出类似的退化现象。本研究在制造工艺上的创新之处在于将共烧结温度降低至1250°C，以抑制GDC与氧化锆基电解质之间的有害互扩散。实验表明，...

解读: 该固体氧化物电解池技术对阳光电源氢能储能系统具有战略价值。研究中Ni-GDC电极在高电流密度下的长期稳定性改善,可为ST系列储能变流器的电解制氢应用提供技术参考。低温共烧结工艺(1250°C)降低界面扩散的思路,与阳光电源功率器件的热管理优化理念契合。虽然当前电化学性能下降50%,但500小时无Ni...

Saad Ahm · Christian Beauger · Amir Zad · Waseem Iqbal 等7人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.390

摘要 质子交换膜燃料电池（PEMFCs）是一种具有前景的储能装置，以其对动态电流负载的良好适应性以及高效制取高纯度H₂的能力而著称。然而，其广泛应用仍面临诸多挑战，尤其是在功率密度和效率方面。本综述系统探讨了提升PEMFC功率密度的多种策略，提出了当前高性能PEMFC的研发路径，重点阐述了催化材料、质子交换膜、气体扩散层、双极板以及膜电极组件（MEAs）等方面的最新进展。此外，本文还讨论了PEMFC系统工程领域的最新研究成果，着重分析了在酸性条件下系统效率、成本效益和耐久性的改进情况。通过介绍近...

解读: 该PEMFC质子交换膜燃料电池技术对阳光电源储能及充电业务具有前瞻价值。其MEA膜电极组件优化、功率密度提升策略可借鉴至PowerTitan储能系统的电堆设计;双极板与气体扩散层技术与公司SiC/GaN功率器件的热管理需求高度契合;氢能高效转换特性可拓展iSolarCloud平台的多能互补管理场景。...

Iman Sarani · Zhiming Bao · Wenming Huo · Zhengguo Qin 等6人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.325

摘要 全球日益增长的能源需求和环境问题迫切需要在高效、可持续能源技术方面取得重大进展。质子交换膜燃料电池是一种具有前景的清洁能源发电技术。然而，在停机期间存在的性能不稳定性和热管理挑战限制了其实际应用。因此，本研究采用一种综合方法来提升质子交换膜燃料电池的性能与效率。该方法结合响应面法与人工神经网络进行预测建模与优化，并利用相变材料在停机期间维持最佳运行条件。通过实施中心复合设计，评估了温度、压力以及进出口流量等关键运行参数对功率密度的影响。所建立的响应面法模型和人工神经网络模型均表现出较高的预...

解读: 该燃料电池热管理与优化技术对阳光电源储能系统具有重要借鉴价值。研究中采用的相变材料(PCM)热管理方案可应用于ST系列PCS及PowerTitan储能系统的温控优化,在环境温度波动时延长最佳工作温度维持时间达3-5倍。响应面法与神经网络预测建模思路(R²>98%)可集成至iSolarCloud平台,...

Wenjuan Zhao · Jun Wang · Bin Li · Enyi Hu 等9人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.334

摘要 质子陶瓷燃料电池（PCFCs）是一种具有前景的碳中和发电技术，其利用在稳定的钇掺杂锆酸钡（BZY）电解质中表现出的高质子电导率。然而，由于烧结性能差以及电阻性晶界导致整体质子电导率降低，限制了其实际应用。在本研究中，我们提出了一种基于BZY电解质的免烧结超快质子陶瓷燃料电池（S-PCFC），该电池通过一种非晶粘结界面实现。S-PCFC通过一种简便且可扩展的干压工艺原位制备，避免了传统空气中高温烧结的需求。在电化学运行过程中，氢氧化锂与碳酸锂的熔融混合物被原位嵌入，在晶界处形成非晶粘结界面。...

解读: 该质子陶瓷燃料电池技术通过非晶粘附界面实现超快离子传输,对阳光电源氢能及储能系统具有启发意义。其免烧结工艺和原位界面调控思路可借鉴至电力电子器件封装优化,降低SiC/GaN功率模块的界面热阻。520℃下0.257 S·cm⁻¹的质子电导率突破,为分布式氢燃料电池-储能耦合系统提供新方向,可与ST系列...

Xinyan Xiua1 · Songsong Maac1 · Fafu Guo · He Liu 等9人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.325

摘要 为应对飞机电力需求不断增长以及传统机载发电系统效率低下的问题，燃料电池受到了广泛关注。本文提出了一种将涡扇发动机与火焰辅助燃料电池（FFC）系统相结合的推进与发电一体化系统。值得注意的是，该系统所采用的FFC是一种新型的固体氧化物燃料电池（SOFC）。在本研究中，建立了涡扇发动机和FFC系统的热力学模型。基于建模结果，对FFC-涡扇发动机系统的性能与传统涡扇发动机进行了对比分析。此外，还开展了参数研究，包括涡扇发动机的各种设计参数、飞行工况以及FFC系统运行参数的影响。结果表明，当电动功率...

解读: 该燃料电池-涡扇发动机集成系统对阳光电源航空电气化领域具有启发意义。其能量管理架构与我司PowerTitan储能系统的多能源协同控制理念相通,特别是电功率分配比(EPF)优化策略可借鉴至EV充电站的源网荷协调。文中SOFC高温余热利用技术可启发ST系列PCS在工业储能场景的热电联供方案。建议关注燃料...

Wenxing Jiang · Fangfang Wan · Qiqi Wan · Endao Zhang 等11人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.378

摘要 直接硼氢化物燃料电池（DBFC）因其高能量密度而受到广泛关注。然而，其功率密度仍不足以满足商业应用的需求。目前已有大量研究聚焦于阳极反应动力学，但对阴极水管理的关注较少，而阴极水管理对于直接液体燃料电池除了至关重要。本文开发了一种具有异质结双微孔层（HJD-MPL）结构的新型气体扩散层（GDL）。利用该HJD-MPL结构，在80 °C下实现了688 mW cm−2的峰值功率密度，超过了文献报道值（453 mW cm−2）。由于具有更高的孔隙率、渗透性以及更强的梯度毛细力，氧气传输阻力从商用...

解读: 该燃料电池阴极水管理技术对阳光电源储能及充电桩产品具有重要借鉴价值。其异质结双微孔层结构通过梯度毛细力优化传质过程,将氧传递阻抗降低67%,功率密度提升52%。该思路可应用于ST系列PCS的液冷散热优化和充电桩热管理系统,通过仿生梯度孔隙结构改善冷却液流动特性,降低热阻抗,提升SiC功率器件散热效率...

Salih Berkan Aydemir · Funda Kutlu Onaya · KorhanÖkten · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.339

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）是当前广泛应用于氢能源发电和储能系统中的装置。PEMFC参数估计对于优化燃料电池性能、降低成本以及确保系统可靠性至关重要。精确的参数估计有助于提升建模与仿真的准确性，并减少对昂贵且耗时实验的依赖。本研究聚焦于一种多策略α进化算法（MSAE），旨在提高PEMFC中参数估计的精度。MSAE在传统α进化算法的基础上进行了多项改进，例如采用Halton序列生成初始种群，并引入适应度-距离平衡技术以选择更优的候选解。为评估MSAE的一致性与可靠性，本文在三种不同情形下将其...

解读: 该PEMFC参数估计优化技术对阳光电源氢储能系统具有重要应用价值。MSAE算法的高精度参数辨识能力可应用于ST系列储能变流器与燃料电池的协同控制,通过精准建模减少实验成本,提升系统可靠性。其适应性约束优化方法可借鉴用于PowerTitan储能系统的多参数协同优化,结合iSolarCloud平台实现燃...

Yulin Liu · Tianhao Qie · Ujjal Manandhar · Xinan Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Informatics · 2024年12月

随着可再生能源渗透率的不断提高，固体氧化物燃料电池（SOFC）为提高微电网供电的可靠性和可持续性提供了一种有前景的解决方案。所提出的方法解决了现有SOFC控制方法中的关键挑战，包括模型依赖、使用非最优控制策略、依赖离线训练的神经网络（NN）以及设计复杂等问题。与基于模型的方法相比，该方法利用神经网络和策略迭代技术来学习系统动态并逼近最优控制策略，从而消除了对模型的依赖。与基于离线学习的方法相比，该方法实现了在线策略评估和神经网络更新，省去了繁琐的离线训练和数据采集过程。与基于在线学习的SOFC控...

解读: 从阳光电源在新能源综合解决方案领域的战略布局来看，这项基于在线学习的固体氧化物燃料电池（SOFC）优化控制技术具有显著的战略参考价值。该技术通过神经网络和策略迭代实现系统动态学习与最优控制策略逼近，有效解决了传统方法对精确模型的依赖问题，这与阳光电源在多能互补微网系统中面临的控制复杂性挑战高度契合。...

Hongye Sua · Haisong Xua · Lei Wanga · Zhiyang Liu 等5人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.393

有效的热管理策略对于优化质子交换膜燃料电池（PEMFC）的性能和耐久性至关重要。本文对液冷式PEMFC的热管理策略进行了系统性综述，重点聚焦于温度调节与冷启动运行两个方面。首先，介绍了PEMFC在高于和低于冰点温度下的基本热特性，随后概述了热系统模型的离线与在线辨识方法。接着，针对PEMFC热系统固有的非线性和耦合特性，以及内部和外部多种干扰的存在，从四个角度对各类温度控制策略进行了回顾与分类：（1）探究最佳运行温度与PEMFC整体性能之间的关系；（2）管理多输入多输出冷却系统中的耦合效应；（3...

解读: 该燃料电池热管理技术对阳光电源氢能储能系统及电动汽车充电解决方案具有重要借鉴价值。文中温度调控策略(模型驱动、数据驱动、自适应控制)可应用于ST系列储能PCS的热管理优化,降低冷却系统寄生功耗,提升系统效率。多输入多输出耦合控制方法与阳光VSG虚拟同步机技术理念契合,可增强系统鲁棒性。冷启动快速预热...

Zhiting Chen · Qitai Eri · Liwei Yang · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.327

摘要 为实现碳中和目标，航空业需要低碳发展战略。氢驱动固体氧化物燃料电池（SOFCs）作为一种具有前景的绿色能源，具备零碳排放和高能量效率的优点。然而，当前大多数SOFC研究主要集中在地面应用中最大化效率，导致其功率质量比较低，限制了其在航空领域的适用性。本文探讨了一种将SOFC与燃气轮机相结合的混合动力系统，用于长航时无人机（UAVs）。在该系统中，SOFC实现高效发电，同时向燃气轮机提供可回收利用的余热，从而提升系统的整体效率和功率质量比。本文在起飞和巡航两个飞行阶段对四种混合动力系统构型进...

解读: 该SOFC-燃气轮机混合动力系统对阳光电源氢能储能技术具有重要启示。其42-52%的系统效率和0.77kW/kg功率密度,验证了氢燃料电池与能量回收系统集成的优势。可借鉴其热电联供架构,应用于ST系列储能系统的氢储能扩展方案,结合iSolarCloud平台实现燃料利用率和压比的智能优化控制。该混合拓...

Kavitha Suresh Kumar · Prince Winston David · Hariharasudhan Thangaraj · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.346

摘要 将燃料电池技术与太阳能发电相结合，能够满足能源需求并减轻对环境的影响。本文研究了一种结合太阳能与燃料电池的混合发电系统的构想及其可行性。由于该系统同时利用了燃料电池和太阳能电池板，相较于单一独立系统，具有更高的可靠性、效率以及环境可持续性。这两种可再生能源协同作用，使得在太阳辐照度较低期间仍能持续发电，此时由燃料电池提供电力。研究表明，所提出的方法在低辐照条件下部分遮蔽环境中能够提升输出功率。性能测试采用了十二种不同的遮蔽情景，将所提出的利他主义方法与另外八种现有方法进行了对比。结果显示，...

解读: 该燃料电池-光伏混合发电系统对阳光电源ST储能系统和SG逆变器产品线具有重要参考价值。论文提出的Altruism算法在遮挡场景下功率提升达35.2%,可启发我们优化MPPT算法应对复杂工况。混合系统架构思路可应用于PowerTitan储能方案,通过多能源协同提升系统可靠性。建议结合iSolarClo...

Kun Yang · Yufei Chaib · Na Dub · Jiaxuan Lib 等6人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.346

摘要 随着全球能源短缺和环境污染问题日益加剧，迫切需要高效、清洁的能源系统来应对这些挑战。本研究旨在通过集成多种先进技术，开发一种高性能的冷热电三联供系统，以提高能源利用效率并减少环境影响。该系统集成了光谱分束太阳能光伏/热能混合系统、甲烷干重整制氢技术以及固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合发电系统，从而实现优异的热力学性能。研究建立了系统各组件的热力学模型，采用Aspen Plus进行仿真，获取所有物质流和能量流的热力学参数，并结合常规㶲分析与先进㶲分析方法对系统进行全面评估。结果表明，该系统的...

解读: 该光伏光热耦合制氢-燃料电池冷热电联供系统对阳光电源ST储能系统和SG光伏逆变器产品线具有重要参考价值。研究揭示的光伏组件54.17%火用损失和双效吸收式制冷系统65.71%火用损失,为我司PowerTitan储能系统的热管理优化及多物理场耦合控制提供理论依据。先进火用分析方法可应用于iSolarC...

Jing Zhao · Xinxuan Cheng · Yongkang Ma · Zixun Zhong 等8人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.385

热管理对于开式阴极质子交换膜燃料电池（OCPEMFCs）的高效运行、安全性和耐久性至关重要。本研究创新性地采用一种基于湍流网格的新方法，以增强OCPEMFCs的传热与传质性能。通过开展一系列实验，测量并比较了温度、电压和电化学阻抗等参数，以验证湍流网格的有效性。在此基础上，系统研究了湍流网格的单元尺寸和安装距离等关键参数对OCPEMFCs运行特性的影响。实验结果表明，湍流网格显著提高了气流的湍流强度，从而增强了OCPEMFCs的传热效率和氧气传质速率。因此，电池的输出性能和热性能得到显著改善，甚...

解读: 该燃料电池热管理技术对阳光电源氢能业务具有重要参考价值。湍流栅格强化传热传质的方法可应用于我司燃料电池热管理系统设计,通过优化气流扰动降低欧姆阻抗87.8%的效果显著。该技术思路可借鉴至储能PCS的ST系列散热优化、充电桩功率模块热管理,以及SiC/GaN功率器件的冷却系统设计中。结合iSolarC...

Zheng Dong · Yanjun Chen · Deqiang He · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.338

质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术已成为船舶推进系统中一种具有前景的高效率、零排放动力解决方案。尽管已知船舶运动引起的惯性力会影响PEMFC的性能，但在滚转条件下其具体影响机制仍尚未得到充分研究。本研究通过一个集成多物理场耦合的三维瞬态模型，系统地探究了海洋滚转运动下PEMFC的动态特性。所建立的框架结合了水动力分析与动态更新的滚转运动学参数。结果表明，滚转运动会使得燃料电池输出功率最大降低9.89%，电流密度最大波动达16.14%，温度波动达到23.55%。这些波动幅度随滚转周期的减小和滚转...

解读: 该燃料电池多物理场耦合研究对阳光电源氢能储能系统及海洋微电网方案具有重要参考价值。研究揭示的动态工况下热-质传递特性与阳光电源ST系列PCS的多物理场协同控制技术高度契合。滚动工况导致的功率波动(9.89%)和电流密度波动(16.14%)可借鉴应用于船舶储能系统的GFM控制策略优化,通过VSG技术补...

Mingguang Yang · Zhenhua Quan · Lincheng Wang · Zejian Chang 等7人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.386

摘要 本研究提出并制备了一种新型混合冷却质子交换膜燃料电池（PEMFC）堆，该电池堆专门设计了高效的混合冷却通道。与传统的风冷电池堆以及上一代配备微热管阵列的分体式冷却电池堆相比，混合冷却电池堆实现了更高的负载能力、更优的发电性能和更佳的热管理性能。此外，混合冷却电池堆配置的风扇数量更少，从而降低了辅助功耗，并实现了更均匀的电压分布。实验结果表明，混合冷却电池堆的负载容量比分体式冷却电池堆高出14.3%，相较于同规格的普通风冷PEMFC电池堆则提升了71.4%。在相同电流条件下，混合冷却电池堆的...

解读: 该混合冷却PEMFC技术对阳光电源氢能储能系统及充电桩产品具有重要借鉴价值。其混合冷却路径设计实现71.4%负载能力提升和70.2%电压均匀性改善,可应用于ST系列储能变流器的热管理优化,特别是PowerTitan大功率场景。电压均匀性控制思路可融入VSG控制策略,提升多模块并联系统一致性。风扇功耗...

Phuc Ho-Van · Ocktaeck Lim · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.381

在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中提升其在高电流密度下工作的能力，对于实现广泛采用至关重要。值得注意的是，多项研究致力于开发合适的流场图案以缓解传质受限导致的性能损失，然而目前尚无一种流场能够有效应对在此类工况下同时出现的水淹和燃料饥饿双重挑战。本研究提出了一种新颖的方法，即将受自然界启发的三周期性极小曲面（TPMS）多孔结构引入PEMFC的流场设计中。我们的数值模拟结果表明，G-细带网络（GL25-FF）是最具前景的解决方案。其周期性且非曲折的孔道结构能够有效地将气流引导至气体扩散层（GDL...

解读: 该TPMS仿生多孔流场技术对阳光电源氢能储能系统具有重要借鉴价值。其G-配体网络结构通过优化质量传输,在0.4V电压下实现1.91A/cm²电流密度,较丰田Mirai提升5%,可应用于公司燃料电池备用电源系统。该技术的双相水管理策略和低压降设计理念,可迁移至ST系列PCS的液冷散热优化,改善大功率储...

Stefano Savio · Simone Giuffrida · Fabio Mandrile · Fausto Stella 等6人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年8月

燃料电池正日益被视为电动汽车中传统电池组的可行替代方案，尤其适用于对减轻重量和增加续航里程有要求的长途运输。尽管燃料电池具有诸多优势，但其电池堆输出电压较低且随负载变化（通常低于200 V），因此需要使用高效升压直流 - 直流转换器，以达到电动动力系统所需的电压（400 - 800 V）。在此背景下，氮化镓（GaN）技术可实现超过100 kHz的开关频率，使其成为高功率、高密度直流 - 直流转换器的首选技术。本文的主要重点是开发并实施一种先进的数字控制解决方案，该方案适用于以100 kHz开关频...

解读: 该多电平交错GaN DC-DC变换器技术对阳光电源新能源汽车产品线具有重要应用价值。其数字控制策略可直接应用于车载OBC充电机和电机驱动系统的DC-DC变换环节，通过多电平交错拓扑降低电流纹波，提升功率密度。GaN器件的高频开关特性与阳光电源现有SiC/GaN功率器件应用经验高度契合，可优化电驱动系...

Baobao Hua · Zhiguo Qua · Yukun Songb · Keyong Wangb 等5人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.343

Transformer及其变体在预测质子交换膜燃料电池性能衰减方面展现出显著潜力，能够准确捕捉衰减模式，从而为控制策略提供依据并延长系统寿命。然而，尽管已有研究取得了进展，这些模型在商用高功率燃料电池上的适用性仍不明确，因为现有研究主要集中在小规模实验室电堆上。为弥补这一空白，本研究针对一个60 kW的商用燃料电池系统，在两种不同的氢气供应条件（常温与低温）下开展了各1000小时的老化试验。针对每种工况的原始数据，采用基于特征电流的数据提取方法，根据动态负载循环中的电流分布选取了三个具有代表性的...

解读: 该Transformer变体预测技术对阳光电源氢能储能系统及PowerTitan产品线具有重要价值。Autoformer模型在商用60kW燃料电池系统的电压衰减预测中展现出10mV级高精度,可直接应用于ST系列PCS的健康管理模块。其多步预测和缺失数据鲁棒性特性,与iSolarCloud平台的预测性...