เซลล์เชื้อเพลิง แบตเตอรี่ไหล และอุปกรณ์พลังงานเคมีไฟฟ้าประเภทอื่น ๆ เป็นระบบที่มีการไหลและการเกิดปฏิกิริยาอันซับซ้อนภายในโครงสร้างรูพรุน การเพิ่มสมรรถนะของอุปกรณ์เหล่านี้จำเป็นต้องอาศัยความเข้าใจอย่างละเอียดเกี่ยวกับการกระจายตัวของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าและการไหลของของไหลภายในโครงสร้างของอุปกรณ์ ซึ่งมักเป็นปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ยากด้วยวิธีการทดลอง ความเข้าใจดังกล่าวจึงเป็นพื้นฐานสำคัญในการค้นหาและออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดเพื่อเพิ่มสมรรถนะของอุปกรณ์

นอกเหนือจากการศึกษาระบบพลังงานเคมีไฟฟ้าด้วยวิธีการทดลองแล้ว ห้องปฏิบัติการของเรายังมุ่งพัฒนาวิธีการคำนวณเชิงตัวเลขขั้นสูงสำหรับวิเคราะห์ปรากฏการณ์การขนส่งและการเกิดปฏิกิริยาที่เกิดควบคู่กันภายในโครงสร้างที่มีรูปทรงซับซ้อน งานวิจัยของเราครอบคลุมการวิเคราะห์แบบควบคู่ของการไหลของก๊าซและของเหลวผ่านตัวกลางรูพรุน การไหลหลายวัฏภาคระหว่างก๊าซกับของแข็งและระหว่างก๊าซกับของเหลว การขนส่งสารเคมีชนิดต่าง ๆ รวมถึงไอออน ตลอดจนปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าและการกระจายตัวของศักย์ไฟฟ้า

แนวทางการสร้างแบบจำลองของเราครอบคลุมหลายระดับความยาว ตั้งแต่การจำลองในระดับมหภาค (Macroscale) ซึ่งอาศัยสมการควบคุมที่ผ่านการเฉลี่ยเชิงพื้นที่ ไปจนถึงการจำลองในระดับจุลภาค (Microscale) ซึ่งสามารถแสดงรายละเอียดของโครงสร้างรูพรุนแต่ละตำแหน่งได้โดยตรง ด้วยการวิเคราะห์แบบหลายระดับความยาว (Multiscale) และหลายฟิสิกส์ (Multiphysics) เรามุ่งสร้างความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกลไกพื้นฐานที่ควบคุมการทำงานของระบบพลังงานเคมีไฟฟ้า และพัฒนารากฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการออกแบบโครงสร้างให้เหมาะสมที่สุดและการเพิ่มสมรรถนะของอุปกรณ์เหล่านี้

Fuel cells, flow batteries, and other electrochemical energy devices involve complex reactive flow fields within porous structures. To improve the performance of these devices, it is essential to understand the detailed distributions of electrochemical reactions and fluid flow within their internal structures, which are often difficult to observe experimentally. Such understanding provides a foundation for identifying and designing optimal structures that enhance device performance.

In addition to experimental investigations of electrochemical energy devices, our laboratory focuses on developing advanced numerical methods for analyzing coupled reaction and transport phenomena in complex geometries. Our research encompasses the coupled analysis of gas and liquid flows through porous media, gas–solid and gas–liquid multiphase flows, the transport of chemical species including ions, electrochemical reactions, and electric potential distributions.

Our modeling approaches span multiple length scales, ranging from macroscale simulations based on spatially averaged governing equations to microscale simulations that explicitly resolve individual pore structures. Through these multiscale and multiphysics analyses, we aim to gain a deeper understanding of the fundamental mechanisms governing electrochemical energy systems and provide a scientific basis for their structural optimization and performance enhancement.