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記者5日從天津大學獲悉，該校焦魁教授團隊通過高精度數學建模，提出了全新燃料電池數字化設計方法，可快速提出、優化燃料電池設計方案，提升電池性能、縮短研發周期并降低成本。相關論文已在國際權威期刊《能源與環境科學》發表。

全新燃料電池數字化設計方法示意圖。　(天津大學供圖)

燃料電池潔凈、高效、無污染的特點越來越受到關注。尤其氫燃料電池，因其零污染、高效率的特質，已逐漸應用于公共交通、商用車輛、船舶等場景。但受制于成本，相關產業鏈尚未大展拳腳。

“合理的燃料電池結構設計應該做到促進內部氣體傳輸、熱量耗散以及液態水排出，從而提升電池性能。”據焦魁教授介紹，目前，相關廠商既缺少商用燃料電池的高效高精度仿真模型與數字化輔助設計手段，又缺乏創新性的電池設計方案，這給燃料電池功率密度提升與成本控制造成了阻礙。“研究燃料電池內部機理并優化設計，對推動其商業化進程非常重要。”

據悉，焦魁教授團隊在燃料電池設計理論與方法領域建立了高精度仿真模型，并對電池結構進行優化。團隊提出一種適用于商用燃料電池的設計方法，建立了大尺寸燃料電池三維加一維仿真模型，其計算效率較傳統三維模型提升10—20倍，可以快速提出多種電池設計方案并縮短研發周期。

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理李飛強博士表示，“以氫燃料電池為例，億華通使用這種新方法設計的燃料電池，其電化學反應的一致性和流阻分配的一致性等指標較目前市場主流產品能夠提升20%以上，而廠商設計制造的成本則可降低至目前的60%，研發周期可以縮短至原來的1/3。”

據了解，焦魁團隊提出的數字化輔助設計方法具備通用性，能夠應用于任意商用燃料電池，可有效縮減電池研發時間并降低成本，推動其商業化進程。此外，該方法還可拓展至其他諸多電化學裝置領域，如鋰電池、電解池等。