燃料電池性能模擬（Fuel Cell）
一、什麼是燃料電池（Fuel Cell）?
燃料電池透過氧化還原反應，將燃料(通常為氫氣)中的化學能轉換為電能，在燃料及氧氣充足的情況下，可不斷重複使用且不需頻繁充電，是近年來提倡環保之下，十分具有潛力的替代能源。常見的燃料電池包含質子交換膜燃料電池(PEMFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)，電化學決定電池如何運行與電池性能背後的物理學，單電池的性能取決於電解質材料，可依照用途選擇最符合需求的種類。
比較各種電解質材料製成的燃料電池性能。
二、電池設計開發的複雜性高
現今的電池開發主要專注於如何用最大效益，提高電池的功率密度與安全性，另外還有電池組的熱管理、充電效能、封裝體積與重量等等問題，最初設定的電池用途(HEV、PHEV、EV)，決定了電池化學成分的選擇範圍、峰值功率、低/高溫性能，電池的單元設計也影響性能的可發展性。然而電池設計須考量到眾多變因，包含電化學、熱、結構、流體等等。針對成本占比整個電池組將近一半的電芯，我們也希望透過設計來減低成本。
三、模擬協助升級燃料電池性能與安全性
艾索科技提供專業的電池解決方案，使用 Ansys CFD 模擬軟體可進行從單電池到大型電池模組的性能模擬，包含電化學、電流、電極塗層、電池結構與封裝、熱管理、電池組的材料選擇等，都能透過耦合多物理場、加入多種複雜條件進行的模擬，獲得精準數據並最佳化電池設計，同時提高電池的各方面性能與安全性。
燃料電池性能模擬結果：
電位與電容量的關係(左) 與放電模擬(右)。
- 燃料電池 – 工程目標與挑戰
- 針對給定的可用空間和電力需求，找到高效的燃料電池設計和運行策略。
- 耦合水(H₂O)、化學物質、熱和電流，以確保整個電池堆的正常運行。
- 我們的優勢與解決方案
- 針對燃料電池的薄層進行高效的前處理，減少電池的建模數量並節省時間成本。
- 內建電池模型，包含 PEMFC（質子交換膜燃料電池）、 SOFC（固體氧化物燃料電池）等常用電池模型。
- 支援擴展大型電池模型串聯的快速求解 (HPC)
- 幫助預測不同操作條件下的極化曲線
- 偵測並避免電池出現過度放電、過熱、浸水、乾燥等狀況
- 最佳化雙極板的設計和操作方法
極化作用的電壓電流關係(左) 與 單電池的蛇型流道模擬(右)。
Ansys CFD 模擬軟體
Ansys Fluent 是行業領先的流體模擬軟體，以其先進的物理建模功能和行業領先的精度而聞名。在最廣泛的流體動力學（CFD）和多物理場應用中，提供快速、準確的結果，市場佔有率和使用數量始終處於同類軟體第一位。Ansys Fluent使用方便，功能強大而完備，不論是 CFD 的初學者還是行業專家都可以放心使用。
