[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

说明书

本发明提供了一种燃料电池催化剂活性的计算装置、计算方法及电子设备，将催化剂纳米尺度氧还原活性数据和催化层微米尺度比表面积数据，传递到膜电极组件毫米尺度功率计算模型中，整合不同尺度的数据，实现了数据的最大化利用。建立了可真实还原“浆料‑催化剂‑载体”的微米尺度球模型，得到更为可靠的比表面积计算数据，这种自底向上的建模方式对测试的依赖程度低，使预测模型具备更强的推广性。利用微观尺度下精确计算得到的催化剂数据，输入到宏观的膜电极组件计算模型中，从源头输入层面提升了计算模型的准确性，从而提升最终性能的预测精度。实现了一种基于虚拟仿真技术的完整的催化剂活性计算方案。

技术领域

本发明涉及材料催化活性控制技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池催化剂活性的计算装置、计算方法及电子设备。

背景技术

催化剂是燃料电池中的重要材料。催化剂的作用是加速燃料电池中的氢气氧化反应和氧气还原反应，使得燃料电池具备更高的功率密度。因此，催化剂开发是燃料电池开发的关键议题。

催化剂开发有两种主要的手段，如下所示：

其一：基于实际制备和测试的试验手段，这是目前主要运用的手段，其优点是直接可靠，其缺点是周期长、成本高、风险大。

其二：基于虚拟仿真技术的计算手段，这是目前正在探索的创新手段，其优点是周期短、成本低、风险低，尽管最终计算结果仍需要通过实际试验来验证，但在开发过程中节省了大量的时间、人力、物力。

因此，如何开发一种基于虚拟仿真技术的完整的催化剂活性计算方案，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种燃料电池催化剂活性的计算装置、计算方法及电子设备，技术方案如下：

一种燃料电池催化剂活性的计算装置，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。

优选的，在上述计算装置中，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。

优选的，在上述计算装置中，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。

优选的，在上述计算装置中，所述微结构计算模块的运行采用微米尺度催化层模型；