燃料电池仿真与超高功率密度电池设计

主讲人 : 焦魁 教授

为应对全球气候变化和实现“双碳”目标，全球能源系统正在经历深刻转型。在这一过程中，氢能作为一种低碳能源载体展现了巨大的潜力。氢燃料电池被认为是最具前景的氢能应用技术之一，但如何提高其体积功率密度仍是一个重大技术挑战。我们的团队成功建立了全流程仿真模型，并开发了自主化仿真软件，提出了适用于超高功率密度燃料电池的设计方法；提出了流道液态水、催化层微观传输等多尺度多物理场传输过程与电化学反应相耦合的优化算法，提高了仿真精度并保证了计算效率，为超高功率密度燃料电池的设计提供理论指导。我们在实验中重新设计了质子交换膜燃料电池的结构，集成了新的组件，优化了其气、水、电和热的传输路径，成功研发出超薄、超高功率密度的燃料电池。在新的结构中，通过引入静电纺丝技术制备的超薄碳纳米纤维薄膜和石墨烯镀层的泡沫镍取代了传统的气体扩散层和沟脊流道，有效地将膜电极组件的厚度减少了约90%，并将反应物扩散导致的传质损失降低了80%以上，最终使燃料电池的体积功率密度提高了约两倍。

主讲人简介：

焦魁，天津大学讲席教授、二级教授、博士生导师，国家储能技术产教融合创新平台常务副主任，英国皇家化学学会会士(FRSC)和工程技术学会会士(FIET)，中国内燃机学会会士与储能技术分会主任委员，国际绿色能源协会(International Association for Green Energy)储能分会主席。以第一或通讯作者在Nature等期刊发表文章200余篇。主持承担了一汽、博世等企业横向等数十个科研项目。以第一完成人获中国汽车工程学会技术发明一等奖、中国内燃机学会自然科学一等奖、中国能源研究会能源创新学术一等奖、国际绿色能源协会技术创新奖、英国化学工程师学会 IChemE自动化与数字化提名奖和研究项目提名奖。担任国际期刊Energy and AI创刊副主编，International Journal of Green Energy副主编，IEEE TTE, eTransportation等期刊编委。获国家教学成果二等奖2项，天津市教学成果特等奖3项、一等奖1项，天津市一流本科课程1门，国家一流课程1门，并担任天津市储能科学与工程教学团队负责人。获中国青年科技奖、霍英东青年教师奖、吴仲华优秀青年学者奖、宝钢优秀教师等奖励。