未來燃料電池發動機設計 一體化和有序化是關鍵

成果播報

科技日報訊 （記者陳曦 通訊員劉曉豔）記者7月15日獲悉，天津大學焦魁教授帶領的電化學熱物理實驗室研究團隊在最新一期《自然》發表的展望文章，為新一代超高功率密度燃料電池發動機理論與設計指明瞭發展方向。

據瞭解，作為氫能社會佈局的重要一環，燃料電池裝置開發最為核心的問題就是其性能的提升。依據世界各國對燃料電池提出的發展規劃，在未來十年左右，燃料電池電堆功率密度計劃提升至6—9千瓦/升，但目前水平距離預期性能指標仍有較大差距。

焦魁教授團隊基於其強大的模型預測體系與豐富的產學研轉化經驗，結合國際學術前沿與國內外產業發展狀況，在國際頂尖刊物上首次對下一代超高功率密度燃料電池未來發展路線進行了解讀及展望。展望針對燃料電池中涉及的多尺度電化學、熱物理過程，結合能源材料領域最新成果，對質子交換膜、催化劑、氣體擴散層、雙極板等核心部件的發展路線進行了深入分析，並通過仿真計算給出了具體的技術指標。

文章指出，雙極板和膜電極對未來功率密度提升的貢獻度分別約為30%和70%，但各部件需要協同優化才能實現目標。“一體化和有序化是未來設計的兩個重要方向。”焦魁表示，一方面，雙極板進一步減薄會極大增加流動阻力，給反應氣體供給和冷卻液循環帶來困難，因此流場和電極的一體化設計是一種趨勢；另一方面，電極設計的有序化能夠更好地組織傳遞過程，並降低生產過程中的不確定性，也是未來的發展方向。