天津大学焦魁教授团队通过高精度数学建模，提出了全新燃料电池数字化设计方法，可快速提出、优化燃料电池设计方案，提升电池性能、缩短研发周期并降低研发成本。相关成果日前在国际学术期刊《能源与环境科学》发表。
据介绍，燃料电池是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术，因洁净、高效、无污染特点备受关注。其中，氢燃料电池由于零污染与高效率特质，已逐渐应用于公共交通、船舶等多种应用场景。但过去受制于成本问题，相关产业链尚未“大展拳脚”。
焦魁介绍，当前相关厂商面临缺少商用燃料电池的高效高精度仿真模型与数字化辅助设计手段，以及创新性的电池设计方案等难题，对燃料电池功率密度提升与成本控制造成了阻碍。“研究燃料电池内部机理并优化设计，对推动燃料电池商业化进程非常重要。”焦魁说。
焦魁教授团队在燃料电池设计理论与方法领域建立了高精度仿真模型，并对电池结构进行优化。团队提出一种适用于商用燃料电池的设计方法，计算效率较传统三维模型提升10至20倍，可快速提出多种电池设计方案，缩短研发周期。
使用这种新方法，团队开展了严谨的验证工作。结果表明，所有的仿真趋势与实验趋势都高度一致，证明了模型在性能与机理层面所具备的高精度预测能力。
这种设计方法还能优化燃料电池的分配区结构，让电池性能获得显著提升。“以氢燃料电池为例，我们使用这种新方法设计的燃料电池，研发周期可缩短至原来的三分之一。”这篇论文的共同通讯作者李飞强表示。
据了解，此次提出的数字化辅助设计方法具备通用性，能够应用于任意商用燃料电池，此外还可拓展至其他电化学装置领域，如锂电池等。
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