記者5日從天津大學獲悉，天津大學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研發成本。相關成果日前在國際學術期刊《能源與環境科學》發表。

據介紹，燃料電池是繼水力發電、熱能發電和原子能發電之后的第四種發電技術，因潔凈、高效、無污染特點備受關注。其中，氫燃料電池由于零污染與高效率特質，已逐漸應用于公共交通、船舶等多種應用場景。但過去受制于成本問題，相關產業鏈尚未“大展拳腳”。

圖為數字化輔助燃料電池結構設計方法。(受訪者供圖)

焦魁介紹，當前相關廠商面臨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，以及創新性的電池設計方案等難題，對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，對推動燃料電池商業化進程非常重要。”焦魁說。

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，計算效率較傳統三維模型提升10至20倍，可快速提出多種電池設計方案，縮短研發周期。

使用這種新方法，團隊開展了嚴謹的驗證工作。結果表明，所有的仿真趨勢與實驗趨勢都高度一致，證明了模型在性能與機理層面所具備的高精度預測能力。

這種設計方法還能優化燃料電池的分配區結構，讓電池性能獲得顯著提升。“以氫燃料電池為例，我們使用這種新方法設計的燃料電池，研發周期可縮短至原來的三分之一。”這篇論文的共同通訊作者李飛強表示。

據了解，此次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，此外還可拓展至其他電化學裝置領域，如鋰電池等。