聚合物电解质膜燃料电池的基于可靠性的设计优化:解决制造业的尺寸不确定性及其对阴极气体扩散层和双极板块成本的影响
Neil Vaz1, Kisung Lim1, Jaeyoo Choi1
1Department of Mechanical Engineering & BK21 FOUR Education and Research Team for Overcoming Mechanical Challenges in Carbon Neutrality, Inha University, 100 Inha-ro Michuhol-Gu, Incheon 22212, Republic of Korea.
Molecules (Basel, Switzerland)
|September 28, 2024
概括
基于可靠性的设计优化 (RBDO) 通过提高电池电压和管理材料成本来增强聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFC). 这种方法确保了可靠的性能,尽管在诸如气体扩散层 (GDL) 和双极板 (BP) 等组件的制造不确定性.
科学领域:
- 能源转化和储存 能源转化和储存
- 材料科学与工程 材料科学与工程
- 汽车工程 汽车工程
背景情况:
- 聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFC) 对于减少汽车温室气体排放至关重要.
- 气体扩散层 (GDL) 和双极板 (BP) 的高材料成本阻碍了大规模的PEMFC商业化.
- 当面对制造不确定性时,确定性设计优化 (DDO) 方法是有限的.
研究的目的:
- 优化PEMFC阴极,GDL和BP的材料和设计.
- 在存在制造不确定性的情况下,解决DDO的局限性.
- 为PEMFC组件引入和评估基于可靠性的设计优化 (RBDO).
主要方法:
- 运用RBDO优化了四个关键的PEMFC设计变量:GDL厚度,通道深度,通道宽度和土地宽度.
- 目标是最大限度地提高电池电压,同时将阴极GDL和阴极BP的材料成本视为可靠性限制.
- 在不同的制造不确定性下对DDO和RBDO进行比较分析.
主要成果:
- DDO导致电池电压增加31mV,但GDL和BP的材料成本可靠性仅为~50%.
- 对于阴极GDL和BP,RBDO实现了95%的可靠性.
- 在高不确定性下,RBDO降低了阴极GDL成本12.25美元/堆,并增加了阴极BP成本11.18美元/堆.
- 在较低的不确定性下,RBDO将阴极GDL成本降低了4.09美元/,并将阴极BP成本增加了6.71美元/,保持了95%的可靠性.
结论:
- 在制造不确定性下,RBDO是设计可靠的PEMFC元件的有效方法.
- RBDO方法平衡了业绩提升与GDL和BP的成本管理.
- 这种优化策略对于PEMFC技术的商业可行性至关重要.
关键词:
蒙特卡洛模拟的蒙特卡洛模拟确定性的设计优化优化.尺寸宽容度的宽容度是指尺寸的宽容度.尺寸的不确定性是不确定的.动态 克里金替代品多层感知器多层感知器粒子群对粒子群的优化优化聚合物电解质燃料电池燃料电池的使用方法基于可靠性的设计优化更多相关视频
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