ky开元,开元大厅常征副教授、马靖副教授、卢金树教授联合清华大学何向明研究员等人的研究成果，以《Navigating the Kinetic-Transport Trade-Off in Transient Water Electrolysis via Physics-Informed Impedance Analysis》为题，在国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》（IF=26.8）在线发表。该研究构建了物理驱动的动态运行图谱，引导系统从传质受限区回到更优运行窗口。在无需进行硬件改造的前提下，该策略实现比能耗降低8%-15%和碳强度降低12%；并提供了一个基于物理的控制框架，成功将可再生能源的间歇性转变为绿氢生产过程中的优化参数。研究成果得到南方科技大学李文甲副研究员、清华大学王莉副研究员的指导和国家自然科学基金支持。论文第一作者为王琦，通讯作者为常征副教授、卢金树教授、马靖副教授、何向明研究员。
研究背景
海上绿电制氢用于氢电船舶是推动航运脱碳的关键。但系统受功率波动与船体摇摆的双重应力，易诱发气泡屏蔽与孔隙堵塞，使“动力学-传质”权衡关系恶化并加速电极退化。为此，摆脱“黑盒”局限，开发能够实时定量解耦动力学阻抗与气泡传质损耗的物理机制解析策略，并构建动态机制图指导控制，是保障系统在恶劣海况下高效、长寿运行的关键支撑。
研究亮点
1. 从“黑盒运行”转向“物理可解释诊断”。
研究利用动态阻抗分析将电荷转移、气泡屏蔽和扩散受限等过程分离出来，使动态负载下的微观界面过程和失效机制能够被定量识别。
2. 从单一性能分析拓展到效率-耐久性协同优化。
研究不仅关注单位制氢能耗降低，还将阻抗参数与局部热积累、催化剂退化和隔膜老化相联系，推动水电解系统由“事后退化分析”向“在线状态诊断与主动调控”转变。
3. 从实验室机理解析迈向海洋绿氢工程应用。
所提出的动态运行图谱和软件闭环控制逻辑不依赖硬件改造，可与能源管理系统结合，为海上波动绿电制氢、港口分布式制氢及氢电船舶燃料供给链提供工程化参考。
研究内容
1.构建面向动态水电解过程的阻抗解析模型。
研究针对可再生能源波动输入下电解槽运行状态难以实时解析的问题，建立了基于电化学阻抗谱的动态等效电路模型，并结合数据预处理方法，提高了瞬态阻抗信号的解析可靠性，为识别电解槽内部电化学过程提供了模型基础。
2. 揭示动态负载下的动力学-传质耦合机制。
研究通过分析等效电路参数的变化规律，区分了低负载下的电荷转移动力学过程和高负载下的气泡屏蔽、孔隙堵塞及扩散受限过程，阐明了动态工况下电解槽效率损失和界面退化的主要来源。
3. 提出面向系统运行优化的闭环控制思路。
研究进一步将阻抗参数转化为可用于能源管理系统的运行状态描述符，构建动态运行图谱，并提出相应的变载速率限制和幅值调控策略，为波动绿电制氢系统的高效、稳定和低碳运行提供了控制方法参考。
总结与展望
本研究将物理阻抗转化为电解槽状态描述符，实现了由事后分析向在线调控的转变，为应对波浪晃动与功率波动下多相流失稳提供了物理路径。这有助于保障“海上绿电制氢—港口储运—船用动力”链条的抗扰运行；未来，聚焦于动态负载与海洋运动耦合下装备耐久性、一体化匹配及碳足迹评估，将推动动态水电解技术向新能源船舶工程应用的稳步迈进。
