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天津大学团队为燃料电池打造“智能设计师”，可推广至锂电池领域

2024-12-07 16:06:51 来源：北京日报客户端

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简介：天津大学焦魁团队提出燃料电池数字化设计方法。通过高精度数学建模，可优化方案、提升性能、降本缩周期。相关论文已发表，获基金和专项支持。该方法通用性强，适用于商用燃料电池，还能拓展到锂电池等领域。

天津大学焦魁团队近期取得了一项重大成果，他们通过高精度数学建模，为燃料电池打造了一个“智能设计师”。这一全新的数字化设计方法能够快速提出并优化燃料电池的设计方案，从而有效提升电池性能，同时缩短研发周期并降低成本。

目前，在燃料电池领域存在着一些问题。正如焦魁教授所介绍的，合理的燃料电池结构设计对于提升电池性能至关重要，它需要促进内部气体传输、热量耗散以及液态水排出。然而，相关厂商在这方面面临着两大困境：既缺乏高效高精度的商用燃料电池仿真模型与数字化辅助设计手段，又缺少创新性的电池设计方案。这些问题严重阻碍了燃料电池功率密度的提升以及成本的控制，也影响了其商业化进程。

焦魁团队在燃料电池设计理论与方法领域进行深入研究，建立了高精度仿真模型并对电池结构加以优化。他们提出的适用于商用燃料电池的设计方法，构建了大尺寸燃料电池三维加一维仿真模型。该模型的计算效率相比传统三维模型有了大幅提升，能够达到10倍至20倍，这使得快速提出多种电池设计方案并缩短研发周期成为可能。

为了验证新方法的有效性，团队选取了五个对电池性能有关键影响的工况参数，并在七个电流密度下进行了细致的验证。结果显示，所有的仿真趋势与实验趋势高度一致，这充分证明了模型在性能与机理层面具有高精度的预测能力。而且这种设计方法还能够优化燃料电池的分配区结构，进而显著提升电池性能。

以氢燃料电池为例，北京亿华通科技股份有限公司使用这种新方法设计的燃料电池，在电化学反应一致性和流阻分配一致性等指标上，相比市场主流产品提升了20%以上，同时设计制造的成本降低至目前的60%，研发周期缩短至原来的1/3。

焦魁团队提出的数字化辅助设计方法具有很强的通用性，能够应用于任意商用燃料电池，这无疑会有效缩减电池研发时间并降低成本，大力推动燃料电池的商业化进程。更为重要的是，这一方法还可以拓展到其他诸多电化学装置领域，如锂电池、电解池等，为这些领域的发展带来新的思路和可能。