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0 近日，天津大学的焦魁教授和他的团队最近在燃料电池领域取得了突破。他们通过高精度数学建模，提出了一种新的数字化设计方法，这不仅能快速优化设计方案，还能提升电池性能，缩短研发周期，降低成本。这项研究已经在《能源与环境科学》上发表，得到了国家自然科学基金和长春市科技专项的支持。
焦魁教授指出，一个好的燃料电池设计应该促进气体传输、热量耗散和液态水排出，以提高电池性能。目前，厂商们缺乏高效的仿真模型和数字化设计手段，这限制了燃料电池功率密度的提升和成本控制。他们的研究正是为了解决这一问题，推动燃料电池的商业化。
焦魁团队建立了高精度的仿真模型，并对电池结构进行了优化。他们提出的设计方法适用于商用燃料电池，通过建立三维加一维的仿真模型，计算效率比传统模型提高了10到20倍，这大大加快了提出多种设计方案的速度，缩短了研发周期。
团队采用新方法进行了严格的验证，选择了五个关键工况参数，在七个电流密度下进行了细致的验证。结果表明，仿真趋势与实验趋势高度一致，证明了模型在性能和机理层面的高精度预测能力。这种方法还能优化燃料电池的分配区结构，显著提升电池性能。
以氢燃料电池为例，使用这种新方法设计的电池在电化学反应一致性和流阻分配一致性等指标上比市场主流产品提升了20%以上，同时厂商的设计制造成本可以降低到目前的60%，研发周期缩短到原来的1/3。这是由北京亿华通科技股份有限公司副总经理李飞强共同通讯作者所表示的。
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