氢能在船舶与航运领域的应用对于实现低碳排放和可持续发展至关重要，不仅有助于减少传统燃料带来的环境污染，还能推动航运业向零排放的目标迈进，符合航运业绿色转型的需求。海洋宽域作业中的氢电混合动力系统面临高效、稳定等核心技术挑战，尤其是在燃料电池的应用上。尽管质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术经过多年商业化验证，适用于为系统与动力电池模块提供稳定电力，但其在复杂海洋环境下仍存在显著的技术瓶颈。海洋运动载荷（如大周期低频摇荡、机动航行时的倾角变化等）会导致燃料电池内部热湿管理不均、气孔阻塞、电化学反应不稳定，从而影响电池性能，降低燃料利用率和耐久性，在大功率应用中尤为突出。解决燃料电池在复杂海洋条件下的热湿平衡、电化学反应一致性以及放大效应对性能的影响，成为提高氢电混动系统自持力与可靠性的关键技术需求。这一技术难题的突破将为氢能动力系统在海洋作业中的高效、稳定应用提供重要支持。
二、技术原理与创新点
本技术通过开发全尺寸燃料电池的多物理场全耦合理论模型，系统研究了海洋动载荷下的热湿输运、电化学反应等复杂过程的协同机制。模型分析了电堆内两相流惯性与粘性相互作用的叠加效应，揭示了动载参数与导离子率之间的关系，并结合平台摇荡、波流随机干扰等海洋动载荷，提出了强化燃料电池热湿输运与发电性能的策略。
在实验方面，针对宽功域发电性能，研究了动载荷对水气迁移和相变的影响机理，通过测试不同动载荷（如六自由度摇荡、机动航行等）对极化损失和伏安特性的敏感性，进一步优化了燃料电池的发电性能。
本技术系统性探索了低频、大周期海洋动载荷（如摇荡、倾角变化和波流随机干扰）对燃料电池的影响，填补相关研究空白。通过深入理解海洋动载荷对热湿输运和电化学反应的影响，提出了控制策略和过程强化方法，优化了海洋环境下燃料电池的水-热管理不平衡和反应一致性问题，实现了在复杂海洋动载荷下的高效、稳定运行，满足了海洋宽域应用的技术需求。
三、技术优势与竞争力
创新性：专注于低频、大周期海洋运动载荷对燃料电池的影响，填补了现有研究空白，针对海洋工况进行深入研究。
综合性建模：采用多物理场全耦合理论模型，全面考虑热湿输运、电化学反应等因素，提升了技术预测的准确性和可靠性。
放大效应优化：提出独特的控制策略，优化燃料电池在功率放大后的热流分布与反应一致性，解决了海洋应用中的水-热管理不平衡等问题。
实验与理论结合：通过宽功域实验验证技术可行性，确保技术在实际应用中的高效稳定性。
海洋宽域应用优化：针对海洋作业的特殊需求，确保燃料电池在复杂海洋环境下的高效、稳定运行，具有显著的市场竞争力。
本技术依托上海海事大学航运仿真技术教育部工程研究中心和上海市全渗透深远海离岸能源动力前沿科学研究基地，拥有完善的软硬件设施，包括材料合成、器件制备、电池封装及特性表征测试能力。开发的氢-电船舶平台和多自由度测试平台为海洋运动载荷适应性及海洋工况研究提供了理论分析与实验支持。此外，研究团队具备多尺度、多物理场的能源转化计算仿真中心，满足项目的模型开发与模拟计算需求。
四、应用场景与市场前景
本技术的应用场景主要集中在以下几个领域：
（1）海洋运输与航运业：随着全球对碳排放控制的日益重视，氢能燃料电池为船舶提供零排放动力的解决方案。在远洋航运、邮轮等大功率需求的船舶中，本技术可以提高能源利用率，降低碳足迹，符合国际环保法规的要求。
（2）海洋作业平台：针对海洋平台（如石油钻探平台）的应用需求，本技术能够提供稳定的电力供应，尤其在长时间海上作业时，通过氢电混合动力系统延长航程和提高稳定性。
（3）UAV与海洋科研：在无人航行器（如无人水面船、无人潜水器等）的应用中，氢能燃料电池能够提供清洁、持续的动力，适用于海洋监测、勘探及科研任务。
联系部门：上海海事大学技术转移中心
联系人：吴老师/王老师
电话：38283308/50193210
电子邮件：gswu@shmtu.edu.cn