讲座报告主题：基于机理-数据混合模型的质子交换膜燃料电池梯度化多孔电极设计
专家姓名：邢磊
日期：2023-10-25 时间：19:00
地点：能源研究院1517报告厅（线下）+腾讯会议（线上）
主办单位：能源研究院

主讲简介：邢磊博士毕业于英国纽卡斯尔大学获博士学位，先后在伯明翰大学、牛津大学等世界知名高校从事博士后研究，现任英国萨里大学化工与过程工程系教授，主要从事质子交换膜燃料电池数值模拟研究，包括多尺度、多物理场、两相流模型，多孔电极的梯度化设计、新型流道设计，着力于强化燃料电池内的传质、传热和电化学反应，为提高电池性能、提高电池寿命和降低成本提供工程理论支持。邢磊博士目前的研究兴趣围绕化工循环经济系统（circular economy system）的多物理场建模和多目标优化，其中包括燃料电池、电解水制氢和CO2捕集与转化等多个化学/电化学反应器过程模拟与集成，以及基于机器学习（Machine Learning）的数据驱动建模和人工智能（AI）的技术经济分析和辅助决策，着力于未来化工产业的净零（Net Zero）碳排放。邢磊博士开展了横跨化工、能源、数据科学等多个领域的跨学科研究，拓展了传统化工反应器建模方法的边界，大幅提高了大尺度复杂模型的计算速率，为化工过程模拟和系统集成及动态优化提供了新的思路和方法。累计发表期刊论文96篇（第一/通讯作者期刊论文48篇），著作章节4章，授权专利3项，累计被引3100余次，h-index 30。研究专长：燃料电池、电解水制氢和CO2捕集与转化等多个化学/电化学反应器过程模拟与集成。

主讲内容简介：使用铂基合金作为氧还原反应（ORR）的催化剂以及膜电极组件（MEA）内电流密度的不均匀分布导致高成本和低耐久性，这极大地阻碍了PEMFC的广泛应用。对于在不同负载下运行的PEM燃料电池，所需的活性和质量传输速率是不同的，因为反应物和产物在MEA内分布不均匀。因此，合理设计具有功能组分空间分布的MEA，特别是多孔电极，有助于减少贵重组分的使用，提高电池性能，实现电流密度和热量的均匀分布。为了在不牺牲电池性能的情况下降低成本并提高电流均匀性，我们研究了气体扩散层（GDL）和催化剂层（CL）内功能成分的分级设计，例如Pt负载，离聚物负载，电极孔隙率等，沿贯穿平面和面内方向以及操作参数的空间变化，即温度和压力，以及多个设计变量的相互作用。我们开发了基于物理的复杂模型，然后在实验验证后用于生成数据驱动建模的数据库。因此，基于物理的仿真和基于机器学习（ML）的代用模型被集成在一起，以构建复杂的混合模型，其中结合了多物理场和多相流仿真，基于ML的代用建模，多变量和多对象优化。结果表明，该方法在PEM燃料电池多孔电极的功能梯度设计中高效准确。

欢迎师生参加！