記者5日從天津大學(xué)獲悉，天津大學(xué)焦魁教授團(tuán)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，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)周期并降低研發(fā)成本。相關(guān)成果日前在國際學(xué)術(shù)期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》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)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)，因潔凈、高效、無污染特點備受關(guān)注。其中，氫燃料電池由于零污染與高效率特質(zhì)，已逐漸應(yīng)用于公共交通、船舶等多種應(yīng)用場景。但過去受制于成本問題，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈尚未“大展拳腳”。

圖為數(shù)字化輔助燃料電池結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。(受訪者供圖)

焦魁介紹，當(dāng)前相關(guān)廠商面臨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，以及創(chuàng)新性的電池設(shè)計方案等難題，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，對推動燃料電池商業(yè)化進(jìn)程非常重要。”焦魁說。

焦魁教授團(tuán)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(jìn)行優(yōu)化。團(tuán)隊提出一種適用于商用燃料電池的設(shè)計方法，計算效率較傳統(tǒng)三維模型提升10至20倍，可快速提出多種電池設(shè)計方案，縮短研發(fā)周期。

使用這種新方法，團(tuán)隊開展了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿炞C工作。結(jié)果表明，所有的仿真趨勢與實驗趨勢都高度一致，證明了模型在性能與機理層面所具備的高精度預(yù)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，研發(fā)周期可縮短至原來的三分之一。”這篇論文的共同通訊作者李飛強表示。

據(jù)了解，此次提出的數(shù)字化輔助設(shè)計方法具備通用性，能夠應(yīng)用于任意商用燃料電池，此外還可拓展至其他電化學(xué)裝置領(lǐng)域，如鋰電池等。