本站訊（記者 焦德芳 霍文明）日前，天津大學(xué)焦魁教授團(tuán)隊(duì)通過高精度數(shù)學(xué)建模，提出了全新燃料電池?cái)?shù)字化設(shè)計(jì)方法。該方法可快速提出、優(yōu)化燃料電池設(shè)計(jì)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(xué)》發(fā)表，論文共同第一作者是天津大學(xué)博士研究生霍文明和助理研究員樊林浩；共同通訊作者是天津大學(xué)焦魁教授、北京億華通科技股份有限公司副總經(jīng)理李飛強(qiáng)博士、法國貝爾福-蒙貝利亞技術(shù)大學(xué)Fei Gao教授。天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院（先進(jìn)內(nèi)燃動力全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）為本文第一單位，研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和吉林省長春市重大科技專項(xiàng)支持。
燃料電池是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電的第四種重要發(fā)電技術(shù)，其潔凈、高效、無污染的特點(diǎn)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。
“合理的燃料電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該做到促進(jìn)內(nèi)部氣體傳輸、熱量耗散以及液態(tài)水排出，從而提升電池性能?！睋?jù)焦魁教授介紹，目前，相關(guān)廠商既缺少商用燃料電池的高效高精度仿真模型與數(shù)字化輔助設(shè)計(jì)手段，又缺乏創(chuàng)新性的電池設(shè)計(jì)方案，這對燃料電池功率密度提升與成本控制造成了阻礙?！把芯咳剂想姵貎?nèi)部機(jī)理并優(yōu)化設(shè)計(jì)，對推動其商業(yè)化進(jìn)程非常重要。”
焦魁教授團(tuán)隊(duì)在燃料電池設(shè)計(jì)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(jìn)行優(yōu)化。團(tuán)隊(duì)提出了一種適用于商用燃料電池的設(shè)計(jì)方法，建立了大尺寸燃料電池三維加一維仿真模型，其計(jì)算效率較傳統(tǒng)三維模型提升10—20倍，可以快速提出多種電池設(shè)計(jì)方案并縮短研發(fā)周期。使用這種新方法，團(tuán)隊(duì)開展了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿?yàn)證：選取五個對電池性能有關(guān)鍵影響的工況參數(shù)并在七個電流密度下展開細(xì)致驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，所有的仿真趨勢與實(shí)驗(yàn)趨勢都高度一致，證明了模型在性能與機(jī)理層面所具備的高精度預(yù)測能力。這種設(shè)計(jì)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?！耙詺淙剂想姵貫槔?，億華通使用這種新方法設(shè)計(jì)的燃料電池在電化學(xué)反應(yīng)的一致性和流阻分配的一致性等指標(biāo)較目前市場主流產(chǎn)品能夠提升20%以上，而廠商設(shè)計(jì)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?！北疚牡墓餐ㄓ嵶髡弑本﹥|華通科技股份有限公司副總經(jīng)理李飛強(qiáng)博士表示。
據(jù)了解，焦魁團(tuán)隊(duì)提出的數(shù)字化輔助設(shè)計(jì)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(jìn)程。此外，該方法還可拓展至其他諸多電化學(xué)裝置領(lǐng)域，如鋰電池、電解池等。
(編輯 焦德芳 郭新婷）