近日，我院安全工程专业硕士研究生李泽豪在光伏耦合质子交换膜水电解系统退化机制解析与寿命预测方面取得重要进展，相关研究成果题为《Degradation mechanisms of PEM water electrolysis under real photovoltaic operation and non-faradaic charge anchored lifetime prediction》（实际光伏工况下质子交换膜水电解的降解机制与基于非法拉第电荷的寿命预测）发表于能源工程领域顶刊《Applied Energy》（IF=12.2，中科院1区Top）。论文第一作者为我院2024硕士研究生李泽豪，通讯作者为青年教师张君宇和孔得朋教授。中国石油大学（华东）为第一署名单位，该研究得到国家自然科学基金、中国博士后面上项目、山东省自然科学基金等科研项目的资助支持。
图1论文首页
随着可再生能源制氢规模化发展，质子交换膜水电解（PEMWE）因具有快速响应、高电流密度和良好的动态调节能力受到广泛关注。然而，实际光伏供电过程中存在功率波动、频繁启停和负载变化等复杂运行特征，使电解槽长期处于非稳态环境，其膜电极组件内部催化层、质子交换膜及多孔传输层之间发生复杂耦合作用，导致退化规律与寿命预测面临挑战。针对这一问题，论文基于实际光伏电站运行数据，构建了真实光伏动态运行耐久测试体系，并结合恒流运行对比实验，通过电化学测试和多尺度材料表征，系统研究了不同运行模式下PEMWE性能衰减行为及结构演化机制。
图2光伏工况下PEMWE退化机制示意图
研究发现，相较于恒流运行，光伏动态运行虽然表现出较低的时间归一化电压衰减速率，但由于动态负载变化引起更强烈的界面扰动，其单位传递电荷对应的退化程度显著增加，揭示了传统基于运行时间的寿命评价方法对可再生能源波动工况损伤的低估问题。进一步分析表明，光伏波动运行促进了催化层/膜界面脱层、膜结构损伤、催化剂状态变化以及传输性能衰减等多重退化过程。在此基础上，论文提出了一种基于电化学界面可访问状态演化的物理启发寿命预测模型，实现了宏观性能衰减与微观退化机制之间的关联，为可再生能源耦合PEM水电解系统的寿命评估、健康状态监测及运行优化提供了新的理论依据。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2026.128818
