在UCL的電化學創(chuàng)新實驗室(EIL)，一支由研究員，教授和工業(yè)合作伙伴組成的團隊，正在研究使用包括氫燃料電池在內的各種電化學設備進行發(fā)電。該團隊的目標是從理論和應用的角度研發(fā)未來的能源技術，最終完成這些技術的商業(yè)化應用。

 

燃料電池使氫氣和氧氣化合產生電，熱和水。像電池一樣，燃料電池將化學反應產生的能量轉化為可利用的電能。但燃料電池只要提供燃料(氫氣)就能發(fā)電，不會損失電量。燃料電池使用純氫氣性能最好；但是像天然氣，甲醇，或是汽油等燃料也可以進行轉化，生成燃料電池所需的氫氣。為了提供需要的能量，燃料電池可以進行串聯(lián)和并聯(lián)，用來產生具體應用所需的更高電壓或電流。這種設計叫做燃料電池堆。

 

 

James Robinson是EIL的博士研究員，重點研究蓄電池和燃料電池的高分辨率熱成像。James Robinson解釋道，“燃料電池中發(fā)生著眾多電化學反應。

 

“紅外熱像儀檢測燃料熱力學熱特性的能力方便我們對運行機制和故障進行檢驗。燃料電池內的電化學反應會產生熱，基于這一原理，熱像儀就成了燃料電池檢測的理想設備。通過理解觀測的溫度，熱像儀就可用于檢測反應速率，冷卻系統(tǒng)效果，和燃料電池的整體性能。”

 

運行中的電池出現(xiàn)熱點，表明電池的該區(qū)域將會出現(xiàn)故障。這種不良的熱力學行為會通過一種稱為熱失控的多米諾效應快速擴散到整個電池。這將導致災難性的故障。電壓過高，充電過足，環(huán)境溫度過高，或多個問題同時并存都會引發(fā)熱失控。如果安全通氣孔堵塞或失效，密封電池有時會發(fā)生劇烈的爆炸。鋰離子電池最容易發(fā)生熱失控現(xiàn)象。通過了解這些現(xiàn)象，EIL就能夠徹底的提出一種全新的，更安全，更長壽的電池設計方案。

 

EIL使用了各種技術檢測燃料電池，包括X射線顯微鏡，電化學原子力顯微鏡，電流測繪，廢氣分析，高速成像，熱成像和一大堆專門的電化學技術。熱成像用于識別燃料電池內的不均勻發(fā)熱，對于設備的運行來說，通常是個不好的跡象。例如熱量分布不均反映了不均勻的燃料分布或高電阻，會降低所產生的電流或電池間的溫度變化。

 

James Robinson表示：“電池間的溫度變化能夠為燃料電池堆的故障或降解提供早期預警。這就是為何我們更感興趣之處在于整個電池堆的溫度梯度，而不是對溫度本身的緣由。因為它能告訴我們關于燃料電池是否正常工作或是否降解的信息。”

 

 

在EIL，James Robinson在研發(fā)中使用FLIR SC5000紅外熱像儀已經一年多了。他評價道：“我們團隊的很多組員也都經常使用FILR紅外熱像儀，它總能為我們的研究提供非?？煽康臋z測結果。”James Robinson解釋道：“除了FLIR紅外熱像儀以外，我們主要還使用熱電偶作為輔助測溫工具。熱像儀的優(yōu)勢是能提供更好的空間溫度圖。這是使用熱電偶無法實現(xiàn)的，因為它一次只能測量一個點的溫度。尤其是當燃料電池出現(xiàn)溫度分布不均時，使用熱電偶很可能丟失重要數(shù)據(jù)。”

 

這種點測溫確實能產生誤導結果，容易讓人產生該燃料電池比實際運行狀態(tài)更好或更差的錯覺。而使用熱成像技術，可以通過各點的準確測溫檢測到燃料電池內部的瑕疵和故障。故障點就是圖像中的熱點或冷點；一般分別為劇烈反應或無反應區(qū)域。而使用熱電偶測量這些區(qū)域是根本不可能實現(xiàn)的。使用熱像儀能夠快速輕松地完成這種分析，并精確的顯示故障點的空間位置。

 

 

James Robinson表示：“購買之初，我們確實考慮了很多熱像儀品牌。但是在考慮性價比，并結合FLIR銷售代表給我們的現(xiàn)場演示后，我們深信FLIR紅外熱像儀就是最好的選擇。”

 

James Robinson補充道：“這款熱像儀的高熱靈敏度和高幀頻對于我們獲得需要的可靠溫度數(shù)據(jù)非常有用。同時，在了解主要功能后，F(xiàn)LIR SC5000操作也相對簡單。與熱像儀同等重要的還有我們用于熱圖像分析的FLIR ResearchIR軟件。”FLIR ResearchIR軟件主要面向使用熱像儀開展研發(fā)工作的用戶，具有高速記錄和高級熱圖像分析功能。研究人員可以使用ResearchIR軟件快速瀏覽，記錄和存儲圖像，后處理快速熱事，并根據(jù)實時圖像或記錄的圖像序列生成時間-溫度圖。

 

 

電池在放電狀態(tài)中呈現(xiàn)熱梯度

 

紅外熱像儀正在檢測18650電池

 

電氣加載中的聚合物電解質膜燃料電池

 

（文中所示圖像并不代表熱像儀的實際分辨率，圖像僅供說明之用。）