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我科学家定义新一代燃料电池发动机设计

发布日期:2021-07-19 15:59   作者:科技日报    阅读:次   字体:[] [] []

科技日报天津7月15日电(记者陈曦 通讯员刘晓艳)记者7月15日获悉,天津大学焦魁教授带领的电化学热物理实验室研究团队在最新一期《自然》发表了篇幅达9页的展望文章,为新一代超高功率密度燃料电池发动机理论与设计指明了发展方向。

据了解,作为氢能社会布局的重要一环,燃料电池装置开发最为核心的问题就是其性能的提升。依据世界各国对燃料电池提出的发展规划,在未来十年左右,燃料电池电堆功率密度计划提升至6-9千瓦每升,但目前水平距离预期性能指标仍有较大差距。

焦魁教授团队基于其强大的模型预测体系与丰富的产学研转化经验,结合国际学术前沿与国内外产业发展状况,在国际顶尖刊物上首次对下一代超高功率密度燃料电池未来发展路线进行了权威解读及展望。展望针对燃料电池中涉及的多尺度电化学、热物理过程,结合能源材料领域最新成果,对质子交换膜、催化剂、气体扩散层、双极板等核心部件的发展路线进行了深入分析,并通过仿真计算给出了具体的技术指标。

文章创新性地指出,双极板和膜电极对未来功率密度提升的贡献度分别约为30%和70%,但各部件需要协同优化才能实现目标。“‘一体化’和‘有序化’是未来设计的两个重要方向。”焦魁表示,一方面,双极板进一步减薄会极大增加流动阻力,给反应气体供给和冷却液循环带来困难,因此流场和电极的一体化设计是一种趋势;另一方面,电极设计的有序化能够更好地组织传递过程,并降低生产过程中的不确定性,也是未来的发展方向。