全新燃料電池?cái)?shù)字化設(shè)計(jì)方法示意圖。 (天津大學(xué)供圖)
燃料電池潔凈、高效、無(wú)污染的特點(diǎn)越來(lái)越受到關(guān)注。尤其氫燃料電池，因其零污染、高效率的特質(zhì)，已逐漸應(yīng)用于公共交通、商用車輛、船舶等場(chǎng)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。”據(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，這給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(jī)理并優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)推動(dòng)其商業(yè)化進(jìn)程非常重要。”
據(jù)悉，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(duì)電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。團(tuán)隊(duì)提出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。
該論文的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(qiáng)博士表示，“以氫燃料電池為例，億華通使用這種新方法設(shè)計(jì)的燃料電池，其電化學(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(chǎng)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(lái)的1/3。”
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(shí)間并降低成本，推動(dòng)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。(完)