洁净煤技术

作者：刘文淼, 李建中, 章雷其, 吴启亮, 钱相臣, 林沁, 杨志宾, 胡亮

关键词：质子交换膜,电解槽,燃料电池,故障机理,诊断方法

随着全球能源体系向低碳化、清洁化转型，利用氢能发电与水电解制氢储氢已逐渐成为降低化石能源依赖和加速电网新能源转型的重要方式。制氢和发电装置是其中的关键设备，其性能、稳定性和寿命直接关系到氢能产业链的整体效率与应用前景，基于质子交换膜的燃料电池发电与电解水制氢技术具有良好发展前景，但成本和耐久性仍然有待提升，限制了其进一步的商业化。首先简述了基于质子交换膜技术制氢和发电与其他方法相比较的优势。接着，详述了质子交换膜电解槽故障机理与诊断方法，针对膜的降解和流场堵塞等典型故障，分析不同故障产生的原因、对设备中关键部件的影响及缓解措施，综述了基于模型和基于数据的故障诊断方法，比较了不同诊断方法的原理、研究成果与优劣势。然后，梳理了质子交换膜燃料电池的工作原理，分析了典型水淹和膜干故障产生的原理及对设备的影响；综述了质子交换膜燃料电池故障诊断方法的最新进展，对比基于试验、基于模型和基于数据的故障诊断方法的原理、研究成果与优劣势。最后，从故障机理与模型建立、在线诊断与多故障分类、故障缓解与控制策略优化以及综合发展4个层面提出未来发展方向，包括构建可用于诊断的多物理场机理模型并融入老化规律；发展适应实际工况的在线诊断方法，提高复合故障识别能力；优化控制与缓解策略，实现自适应调节；结合燃料电池的成熟经验，发展针对电解槽特性的诊断体系，提升系统可靠性。

来源：2025年第12期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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