記者5日從天津大學獲悉，該校機械工程學院焦魁教授帶領團隊通過高精度數學建模，提出了全新燃料電池數字化設計方法。該方法可優化燃料電池設計方案，提升電池性能，縮短研發周期并降低成本。相關成果近期發表在國際期刊《能源與環境科學》上。

燃料電池是繼水力發電、熱能發電和原子能發電的第四種重要發電技術，因其具有潔凈、高效、無污染特點而越來越受到關注。尤其是氫燃料電池，憑借其零污染、高效率特質，已逐漸在公共交通、商用車輛、船舶等場景得到應用。但受制于成本，燃料電池相關產業鏈尚未“大展拳腳”。

焦魁介紹，合理的燃料電池結構設計應該做到促進內部氣體傳輸、熱量耗散以及液態水排出，從而提升電池性能。目前，相關廠商既缺少商用燃料電池的高效高精度仿真模型與數字化輔助設計手段，又缺乏創新性電池設計方案，這對燃料電池功率密度提升與成本控制造成了阻礙。

“研究燃料電池內部機理并優化設計，對推動其商業化進程非常重要。”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，其計算效率較傳統三維模型提升10至20倍，可以快速提出多種電池設計方案并縮短研發周期。

這種設計方法還能優化燃料電池的分配區結構，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計的燃料電池，在電化學反應和流阻分配一致性等指標上，較目前市場主流產品能夠提升20%以上，而廠商設計制造成本則可降低至60%，研發周期可以縮短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理李飛強博士說。據了解，焦魁團隊提出的數字化輔助設計方法具備通用性，還可拓展至鋰電池、電解池等其他諸多電化學裝置領域。