COMSOL燃料电池仿真技术与应用

COMSOL Multiphysics具有强大的多物理场全耦合仿真分析功能、高效的计算性能,可以保证数值仿真的高度精确,已被广泛应用于各个学科领域,近年来运用COMSOL来解决电化学实际工程问题也越来越普遍。

电化学仿真技术通过对电池微观行为进行研究,明晰电池内部多现象机理,并将其数值化,通过数值方法实现对物理特征联合计算,建立完整的电池模型。

1、本次课程采用在线直播的形式,提供无限次回放视频,发送案例模型文件,建立永不解散的课程群,在班级群内可以和相同领域内的老师同学互动交流问题,让学习不再是一个人的孤独求索。

2、课程主要讲解燃料电池仿真应用,以燃料电池仿真、多孔电极模型、尘气输运模型、纽扣电池模型、连接体模型、直接碳燃料电池模型(传质-导电-电化学-热多场耦合)以及应力分析为例,带大家掌握COMSOL仿真从简到真的燃料电池建模方法。

3、每个课程均采用“理论+实操”的讲授模式,通过多个模块场景案例的应用讲解,借助 COMSOL在理想或多物理场环境下建模、分析、评估、预测燃料电池、锂离子电池、固态电池锂金属、电解加工、电化学加工等行业中涉及器件的性能的方法,使设计满足当前和未来发展。

适合对象:汽车工业、电力工业、材料科学、无机化工、有机化工、环境科学与资源利用、工业通用技术、自动化技术、冶金技术、金属学及金属工艺、物理学、安全科学与灾害防治、航空航天科学与工程、计算机软件及应用等领域的科研人员、工程师、及相关行业从业者、跨领域研究人员。

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讲师介绍:来自国内重点大学,能源与动力学院新能源系博士、副教授,硕士生导师讲授。授课讲师有着丰富的COMSOL使用经验,近些年以第一作者在国内外期刊发表论文数十篇,发表专利数项。

擅长领域:燃料电池、锂离子电池、储能材料、电化学等模拟与设计、阴极保护模拟、电池集流设计等。

### Comsol 燃料电池仿真概述 Comsol Multiphysics 是一个多物理场仿真平台,能够用于模拟燃料电池中的复杂过程,包括电化学反应、传热、流体流动以及多孔介质内的物质传输等现象[^1]。通过该软件可以构建详细的模型来研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)以及其他类型的燃料电池。 #### PEMFC 的建模基础 对于质子交换膜燃料电池 (PEMFC),其核心在于理解并实现以下几个方面的耦合效应: - **气体扩散层 (GDL)** 中的质量传递; - 催化剂层上的电化学反应速率; - 质子传导路径及其电阻损失分析; - 温度分布对性能的影响评估; 这些都可以借助 Comsol 提供的功能模块完成设置求解。例如,“电池燃料电池接口”专门针对此类应用设计了预定义方程组以便快速搭建起始模型结构[^2]。 #### 实际操作指南 以下是创建简单平面单电池几何图形并通过指定材料属性来进行初步仿真的方法: ```python % MATLAB Live Script Example for COMSOL API Usage with Fuel Cell Simulation % Define model object and add physics interface. model = mphmodel(); mphadd(model,'fc'); % Geometry creation steps here... % Assign material properties such as porosity, tortuosity etc., to different domains. % Set up boundary conditions including current density distribution at electrodes surfaces. % Mesh generation command goes below this line. % Solve the problem using appropriate solver settings chosen from GUI options available within script environment itself. % Post-processing commands will extract results like voltage vs load curves or local concentration profiles across layers inside cell assembly unit under investigation currently being developed further into more complex configurations later stages accordingly depending upon specific research objectives defined earlier before starting any numerical experiments whatsoever! ``` 此脚本仅为概念展示用途,在实际运用过程中需按照具体项目需求调整参数配置细节等内容部分未完全展现出来以保持简洁明了易于理解的形式呈现给读者朋友们参考学习之便利用好现有资源不断探索前进道路上遇到的各种挑战克服困难取得更大成就吧!
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