記者5日從天津大學(xué)獲悉，該校機械工程學(xué)院焦魁教授帶領(lǐng)團隊通過高精度數(shù)學(xué)建模，提出了全新燃料電池數(shù)字化設(shè)計方法。該方法可優(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)成果近期發(fā)表在國際期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》上。

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)，因其具有潔凈、高效、無污染特點而越來越受到關(guān)注。尤其是氫燃料電池，憑借其零污染、高效率特質(zhì)，已逐漸在公共交通、商用車輛、船舶等場景得到應(yīng)用。但受制于成本，燃料電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈尚未“大展拳腳”。

焦魁介紹，合理的燃料電池結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該做到促進內(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。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)計手段，又缺乏創(chuàng)新性電池設(shè)計方案，這對燃料電池功率密度提升與成本控制造成了阻礙。

“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。”焦魁說。該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。

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，億華通使用這種新方法設(shè)計的燃料電池，在電化學(xué)反應(yīng)和流阻分配一致性等指標上，較目前市場主流產(chǎn)品能夠提升20%以上，而廠商設(shè)計制造成本則可降低至60%，研發(fā)周期可以縮短30%以上。”論文共同通訊作者、北京億華通科技股份有限公司副總經(jīng)理李飛強博士說。據(jù)了解，焦魁團隊提出的數(shù)字化輔助設(shè)計方法具備通用性，還可拓展至鋰電池、電解池等其他諸多電化學(xué)裝置領(lǐng)域。