天津大學焦魁教授團隊近日通過高精度數(shù)學建模，提出了全新燃料電池數(shù)字化設(shè)計方法，可快速提出、優(yōu)化燃料電池設(shè)計方案，提升電池性能，縮短研發(fā)周期并降低成本。相關(guān)論文已在國際權(quán)威期刊《能源與環(huán)境科學》發(fā)表。

據(jù)介紹，燃料電池是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電后的第四種重要發(fā)電技術(shù)，其潔凈、高效、無污染的特點越來越引起世人關(guān)注。尤其氫燃料電池，因其零污染、高效率的特質(zhì)，已開始逐漸應(yīng)用于公共交通、商用車輛、船舶等場景。但受制于成本，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈尚未大展拳腳。研究燃料電池內(nèi)部機理并優(yōu)化設(shè)計，對推動其商業(yè)化進程非常重要。

焦魁團隊在燃料電池設(shè)計理論與方法領(lǐng)域建立了高精度仿真模型，并對電池結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。團隊提出了一種適用于商用燃料電池的設(shè)計方法，建立了大尺寸燃料電池三維加一維仿真模型，其計算效率較傳統(tǒng)三維模型提升10至20倍，可以快速提出多種電池設(shè)計方案并縮短研發(fā)周期，且通過驗證結(jié)果證明了模型在性能與機理層面所具備的高精度預測能力。這種設(shè)計方法還能優(yōu)化燃料電池的分配區(qū)結(jié)構(gòu)，讓電池性能獲得顯著提升。“以氫燃料電池為例，我們使用這種新方法設(shè)計的燃料電池在電化學反應(yīng)的一致性和流阻分配的一致性等指標較目前市場主流產(chǎn)品能夠提升20%以上，而廠商設(shè)計制造的成本則可降低至目前的60%，研發(fā)周期可以縮短至原來的1/3。”論文的共同通訊作者、北京億華通科技股份有限公司副總經(jīng)理李飛強博士表示。

據(jù)了解，焦魁團隊提出的這種新方法具備通用性，能夠應(yīng)用于任意商用燃料電池，可有效縮減電池研發(fā)時間并降低成本，推動其商業(yè)化進程。此外，該方法還可拓展至其他諸多電化學裝置領(lǐng)域，如鋰電池、電解池等。（記者 姜凝）

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