[发明专利]燃料电池催化剂活性的计算装置、计算方法及电子设备

权利要求书

1.一种燃料电池催化剂活性的计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：数据管理模块、第一性原理计算模块、微结构计算模块和多物理场计算模块；

其中，所述数据管理模块用于管理纳米尺度原子结构、微米尺度颗粒结构和毫米尺度组件参数；

所述第一性原理计算模块用于接收所述纳米尺度原子结构，计算出原子活性特征参数，并输出至所述多物理场计算模块；

所述微结构计算模块用于接收所述微米尺度颗粒结构，计算出颗粒几何特征参数，并输出至所述多物理场计算模块；

所述多物理场计算模块用于接收所述毫米尺度组件参数，依据所述毫米尺度组件参数、所述原子活性特征参数和所述颗粒几何特征参数，计算出毫米尺度组件的功率性能参数。

2.根据权利要求1所述的计算装置，其特征在于，所述第一性原理计算模块的运行采用纳米尺度催化剂模型；

所述纳米尺度催化剂模型包括：设置在预设空间位置上的被催化原子、主催化原子、副催化原子和结构支撑原子。

3.根据权利要求2所述的计算装置，其特征在于，所述第一性原理计算模块包括：原子结构建模单元、原子边界设置单元、原子本构设置单元和原子活性计算单元；

其中，所述原子结构建模单元用于依据设定的纳米尺度原子结构，将所述被催化原子、所述主催化原子、所述副催化原子和所述结构支撑原子构建到相应的空间位置；

所述原子边界设置单元用于设置所述被催化原子、所述主催化原子、所述副催化原子和所述结构支撑原子的边界条件；

所述原子本构设置单元用于设置所述被催化原子、所述主催化原子、所述副催化原子和所述结构支撑原子本身以及相互之间的本构关系；

所述原子活性计算单元用于计算所述被催化原子、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参数。

4.根据权利要求1所述的计算装置，其特征在于，所述微结构计算模块的运行采用微米尺度催化层模型；

所述微米尺度催化层模型包括：设置在预设空间位置上的质子(H+)通路、浆料球颗粒、催化剂和载体球颗粒、电子(e)通路。

5.根据权利要求4所述的计算装置，其特征在于，所述微结构计算模块包括：颗粒结构建模单元、颗粒边界设置单元、颗粒本构设置单元和颗粒几何计算单元；

其中，所述颗粒结构建模单元用于依据设定的微米尺度颗粒结构，将所述浆料球颗粒以及所述催化剂和载体球颗粒构建到相应的空间位置；

所述颗粒边界设置单元用于设置所述浆料球颗粒以及所述催化剂和载体球颗粒的边界条件；

所述颗粒本构设置单元用于设置质子(H+)通路、未填充区域气体通路、电子(e)通路、所述浆料球颗粒以及所述催化剂和载体球颗粒自身以及相互之间的本构关系；

所述颗粒几何计算单元用于计算所述质子(H+)通路、所述未填充区域气体通路和所述电子(e)通路的交汇点数量，即所述颗粒几何特征参数。

6.根据权利要求1所述的计算装置，其特征在于，所述多物理场计算模块的运行采用毫米尺度膜电极组件模型；

所述毫米尺度膜电极组件模型包括：设置在预设空间位置上的阳极扩散层、阳极催化剂、质子交换膜、阴极催化剂和阴极扩散层。

7.根据权利要求6所述的计算装置，其特征在于，所述多物理场计算模块包括：组件结构建模单元、组件边界设置单元、组件本构设置单元和组件功率计算单元；

其中，所述组件结构建模单元用于依据设定的毫米尺度组件参数，将所述阳极扩散层、所述阳极催化剂、所述质子交换膜、所述阴极催化剂和所述阴极扩散层构建到相应的空间位置；

所述组件边界设置单元用于设置所述阳极扩散层、所述阳极催化剂、所述质子交换膜、所述阴极催化剂和所述阴极扩散层的边界条件；

所述组件本构设置单元用于设置所述阳极扩散层、所述阳极催化剂、所述质子交换膜、所述阴极催化剂和所述阴极扩散层自身以及相互之间的本构关系；

所述组件功率计算单元用于依据所述毫米尺度组件参数、所述原子活性特征参数和所述颗粒几何特征参数，计算出毫米尺度膜电极组件的功率性能参数。