未來燃料電池發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì) 一體化和有序化是關(guān)鍵

記者7月15日獲悉，天津大學(xué)焦魁教授帶領(lǐng)的電化學(xué)熱物理實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然》發(fā)表的展望文章，為新一代超高功率密度燃料電池發(fā)動機(jī)理論與設(shè)計(jì)指明了發(fā)展方向。

據(jù)了解，作為氫能社會布局的重要一環(huán)，燃料電池裝置開發(fā)最為核心的問題就是其性能的提升。依據(jù)世界各國對燃料電池提出的發(fā)展規(guī)劃，在未來十年左右，燃料電池電堆功率密度計(jì)劃提升至6—9千瓦/升，但目前水平距離預(yù)期性能指標(biāo)仍有較大差距。

焦魁教授團(tuán)隊(duì)基于其強(qiáng)大的模型預(yù)測體系與豐富的產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國際學(xué)術(shù)前沿與國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，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(fā)展路線進(jìn)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(xué)、熱物理過程，結(jié)合能源材料領(lǐng)域最新成果，對質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層、雙極板等核心部件的發(fā)展路線進(jìn)行了深入分析，并通過仿真計(jì)算給出了具體的技術(shù)指標(biāo)。

文章指出，雙極板和膜電極對未來功率密度提升的貢獻(xiàn)度分別約為30%和70%，但各部件需要協(xié)同優(yōu)化才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。“一體化和有序化是未來設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要方向。”焦魁表示，一方面，雙極板進(jìn)一步減薄會極大增加流動阻力，給反應(yīng)氣體供給和冷卻液循環(huán)帶來困難，因此流場和電極的一體化設(shè)計(jì)是一種趨勢;另一方面，電極設(shè)計(jì)的有序化能夠更好地組織傳遞過程，并降低生產(chǎn)過程中的不確定性，也是未來的發(fā)展方向。