燃料电池有了“智能设计师”

科技日报天津12月5日电 （记者陈曦 通讯员焦德芳 霍文明）记者5日从天津大学获悉，该校机械工程学院焦魁教授带领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。该方法可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成本。相关成果近期发表在国际期刊《能源与环境科学》上。

燃料电池是继水力发电、热能发电和原子能发电的第四种重要发电技术，因其具有洁净、高效、无污染特点而越来越受到关注。尤其是氢燃料电池，凭借其零污染、高效率特质，已逐渐在公共交通、商用车辆、船舶等场景得到应用。但受制于成本，燃料电池相关产业链尚未“大展拳脚”。

焦魁介绍，合理的燃料电池结构设计应该做到促进内部气体传输、热量耗散以及液态水排出，从而提升电池性能。目前，相关厂商既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，又缺乏创新性电池设计方案，这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，对推动其商业化进程非常重要。”焦魁说。该团队提出了一种适用于商用燃料电池的设计方法，建立了大尺寸燃料电池三维加一维仿真模型，其计算效率较传统三维模型提升10至20倍，可以快速提出多种电池设计方案并缩短研发周期。

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，亿华通使用这种新方法设计的燃料电池，在电化学反应和流阻分配一致性等指标上，较目前市场主流产品能够提升20%以上，而厂商设计制造成本则可降低至60%，研发周期可以缩短30%以上。”论文共同通讯作者、北京亿华通科技股份有限公司副总经理李飞强博士说。据了解，焦魁团队提出的数字化辅助设计方法具备通用性，还可拓展至锂电池、电解池等其他诸多电化学装置领域。