[發明專利]燃料電池催化劑活性的計算裝置、計算方法及電子設備

在審

• 申請號: 202010555237.1
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111653321A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 姚力;吳曉燕;馮艷;劉芳;馮奇
• 申請（專利權）人: 上海汽車集團股份有限公司
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C60/00;G06F30/20;B82Y30/00
• 代理公司: 北京信遠達知識產權代理有限公司 11304
• 代理人: 趙興華

本發明提供了一種燃料電池催化劑活性的計算裝置、計算方法及電子設備，將催化劑納米尺度氧還原活性數據和催化層微米尺度比表面積數據，傳遞到膜電極組件毫米尺度功率計算模型中，整合不同尺度的數據，實現了數據的最大化利用。建立了可真實還原“漿料?催化劑?載體”的微米尺度球模型，得到更為可靠的比表面積計算數據，這種自底向上的建模方式對測試的依賴程度低，使預測模型具備更強的推廣性。利用微觀尺度下精確計算得到的催化劑數據，輸入到宏觀的膜電極組件計算模型中，從源頭輸入層面提升了計算模型的準確性，從而提升最終性能的預測精度。實現了一種基于虛擬仿真技術的完整的催化劑活性計算方案。

技術領域

本發明涉及材料催化活性控制技術領域，更具體地說，涉及一種燃料電池催化劑活性的計算裝置、計算方法及電子設備。

背景技術

催化劑是燃料電池中的重要材料。催化劑的作用是加速燃料電池中的氫氣氧化反應和氧氣還原反應，使得燃料電池具備更高的功率密度。因此，催化劑開發是燃料電池開發的關鍵議題。

催化劑開發有兩種主要的手段，如下所示：

其一：基于實際制備和測試的試驗手段，這是目前主要運用的手段，其優點是直接可靠，其缺點是周期長、成本高、風險大。

其二：基于虛擬仿真技術的計算手段，這是目前正在探索的創新手段，其優點是周期短、成本低、風險低，盡管最終計算結果仍需要通過實際試驗來驗證，但在開發過程中節省了大量的時間、人力、物力。

因此，如何開發一種基于虛擬仿真技術的完整的催化劑活性計算方案，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，為解決上述問題，本發明提供一種燃料電池催化劑活性的計算裝置、計算方法及電子設備，技術方案如下：

一種燃料電池催化劑活性的計算裝置，所述計算裝置包括：數據管理模塊、第一性原理計算模塊、微結構計算模塊和多物理場計算模塊；

其中，所述數據管理模塊用于管理納米尺度原子結構、微米尺度顆粒結構和毫米尺度組件參數；

所述第一性原理計算模塊用于接收所述納米尺度原子結構，計算出原子活性特征參數，并輸出至所述多物理場計算模塊；

所述微結構計算模塊用于接收所述微米尺度顆粒結構，計算出顆粒幾何特征參數，并輸出至所述多物理場計算模塊；

所述多物理場計算模塊用于接收所述毫米尺度組件參數，依據所述毫米尺度組件參數、所述原子活性特征參數和所述顆粒幾何特征參數，計算出毫米尺度組件的功率性能參數。

優選的，在上述計算裝置中，所述第一性原理計算模塊的運行采用納米尺度催化劑模型；

所述納米尺度催化劑模型包括：設置在預設空間位置上的被催化原子、主催化原子、副催化原子和結構支撐原子。

優選的，在上述計算裝置中，所述第一性原理計算模塊包括：原子結構建模單元、原子邊界設置單元、原子本構設置單元和原子活性計算單元；

其中，所述原子結構建模單元用于依據設定的納米尺度原子結構，將所述被催化原子、所述主催化原子、所述副催化原子和所述結構支撐原子構建到相應的空間位置；

所述原子邊界設置單元用于設置所述被催化原子、所述主催化原子、所述副催化原子和所述結構支撐原子的邊界條件；

所述原子本構設置單元用于設置所述被催化原子、所述主催化原子、所述副催化原子和所述結構支撐原子本身以及相互之間的本構關系；

所述原子活性計算單元用于計算所述被催化原子、所述主催化原子、所述副催化原子的催化活性，即所述原子活性特征參數。

優選的，在上述計算裝置中，所述微結構計算模塊的運行采用微米尺度催化層模型；