【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】SOFC即固體氧化物燃料電池，作為一種高效、清潔的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有高效率、低排放、燃料選擇廣泛等優(yōu)勢(shì)，是分布式發(fā)電和熱電聯(lián)供系統(tǒng)的理想選擇。圖1展示了SOFC的基本工作原理。然而，SOFC的性能和耐久性受到系統(tǒng)配置、堆棧結(jié)構(gòu)、電極微觀結(jié)構(gòu)等多方面因素的影響。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方法成本高、耗時(shí)長(zhǎng)，而數(shù)值模擬則能夠快速、高效、經(jīng)濟(jì)地優(yōu)化SOFC及其系統(tǒng)。以往綜述工作缺乏針對(duì)實(shí)際問題的文獻(xiàn)分類，且未涵蓋人工智能輔助模型、異質(zhì)模型等新興模型。這些新興模型對(duì)于加速大規(guī)模多物理場(chǎng)模型的求解和描述介觀電極行為具有重要意義。
圖1 固體氧化物燃料電池的工作原理
西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院化工機(jī)械研究所吳震教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港理工大學(xué)Meng Ni(倪萌)教授，在國(guó)際權(quán)威期刊《Chemical Reviews》(IF：51.5)發(fā)表題為《A Comprehensive Review of Modeling of Solid Oxide Fuel Cells: From Large Systems to Fine Electrodes》的綜述文章并被選為Supplementary Journal Cover封面文章。
該綜述文章采用自上而下的方法，從系統(tǒng)、堆棧、單電池到電極的尺度，全面總結(jié)了SOFC模擬研究的最新進(jìn)展。圖2展示了論文從系統(tǒng)、堆棧、單電池再到電極綜述的邏輯架構(gòu)。論文首先介紹了SOFC的發(fā)展歷史、工作原理及當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)，隨后詳細(xì)討論了SOFC系統(tǒng)模型、電池/堆棧模型和介觀模型的研究進(jìn)展。特別值得一提的是，該綜述首次將人工智能輔助模型、異質(zhì)模型等新興模型納入討論范圍，為SOFC的多尺度設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了新的思路。最后，綜述提出了SOFC模擬研究面臨的挑戰(zhàn)和未來展望，強(qiáng)調(diào)了多尺度模擬在SOFC設(shè)計(jì)和優(yōu)化中的重要性。該項(xiàng)研究不僅為研究人員提供了選擇合適模型的指南，還為SOFC數(shù)值模擬的未來發(fā)展指明了方向，推動(dòng)了數(shù)值模擬在SOFC研發(fā)當(dāng)中的深入應(yīng)用。
圖2 SOFC多尺度模型的自頂向下綜述方法示意圖
論文第一作者為西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院化工機(jī)械研究所吳震教授、朱鵬飛助理教授，通訊作者為香港理工大學(xué)Meng Ni(倪萌)教授。第一單位為西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院。論文受到國(guó)家自然科學(xué)基金，陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，西安交通大學(xué)青年拔尖人才資助計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
吳震教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期圍繞固體氧化物燃料電池開展原創(chuàng)性研究工作，該項(xiàng)工作是團(tuán)隊(duì)在Chemical Engineering Journal, 2022, 442: 136159、Applied Energy, 2022, 322: 119508、 Applied Energy, 2023, 349: 121655、 Applied Energy, 2020, 279: 115794、Journal of Power Sources, 2021, 512: 230470、eTransportation, 2020, 5: 100074上發(fā)表成果之后，在頂級(jí)期刊上發(fā)表的又一重要成果。
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