焦魁

焦魁,天津大学讲席教授、博士生导师,国家储能技术产教融合创新平台常务副主任,英国皇家化学学会会士(FRSC)和工程技术学会会士(FIET),国际绿色能源协会(International Association for Green Energy)理事会成员与储能分会(Energy Storage Division)主席,国际期刊Energy and AI创刊副主编,International Journal of Green Energy副主编,Frontiers in Energy Research栏目主编(Energy Storage),IEEE Transactions on Transportation Electrification, Applied Energy, Digital Chemical Engineering, Energy Advances等期刊编委。

焦魁教授主要从事燃料电池、电解池、锂电池、温差发电器、内燃机、燃气轮机等装置中能量存储、转换、利用等问题的研究工作,针对燃料电池等电化学能量转换装置建立了知识产权自主可控,全流程、高效、高精度,可用于正向设计与实时控制的仿真模型和软件,获授权发明专利和软著40余项,在计算精度、计算效率和适用性等方面均达到了国际领先水平,应用于一汽、东风、上汽、广汽、博世、中汽中心、潍柴、中国船舶、长城等数十家国内外领军企业的产品研发,经济和社会效益显著。

焦魁教授以第一或通讯作者在Nature, Progress in Energy and Combustion Science, Energy and Environmental Science, Science Bulletin等期刊发表文章200余篇,其中在Nature所发表的9页长文利用了所建立的仿真模型进行系统性详细计算,为未来高功率密度燃料电池设计提出了详尽的技术指标和路线,得到了国内外同行的高度关注和认可,被人民日报、科技日报、基金委官网等重要媒体大篇幅正面报道。

焦魁教授主持承担了国家杰出青年基金、优秀青年基金、牛顿高级学者基金、国家重点研发计划课题以及一汽、博世等企业横向等数十个科研项目。以第一完成人获中国内燃机学会自然科学一等奖、中国能源研究会能源创新学术一等奖、国际绿色能源协会技术创新奖、英国化学工程师学会 IChemE自动化与数字化提名奖和研究项目提名奖。获国家教学成果二等奖2项,天津市教学成果特等奖3项、一等奖1项,入选国家一流课程1门。入选教育部新世纪优秀人才支持计划,获霍英东青年教师奖、吴仲华优秀青年学者奖等奖励。

焦魁教授作为大会主席或负责人举办了2020-2022三届能源与人工智能国际会议、2018年绿色交通能源发展与变革中英双边研讨会(国家自然科学基金委与英国皇家学会共同资助)和2017年中国工程热物理传热与多相流青年论坛(国家自然科学基金委资助),应邀在世界内燃机大会、世界燃料电池大会、国际清洁能源会议、中国工程热物理年会、金砖五国青年科学家论坛等国内外学术会议以及国内外企业、高校及科研机构作学术报告100余次。

焦魁教授指导学生获得了世界汽车工程师(SAE)年会、国际绿色能源会议、世界内燃机大会、世界燃料电池大会等会议最佳论文奖等国际奖励10余次,宝钢优秀学生特等奖(2人次),中国汽车工程学会优博论文(2人次),中国内燃机学会优博论文,大学生挑战杯竞赛全国二等奖、三等奖及天津市特等奖,以及天津大学学生科学奖等校级奖励30余次。

 

代表性论文:

1.K Jiao*, J Xuan, Q Du, Z Bao, B Xie, B Wang, Y Zhao, L Fan, H Wang, Z Hou*, S Huo, Nigel P. Brandon, Y Yin, Michael D. Guiver*. Designing the next generation of proton-exchange membrane fuel cells. Nature, 595(7867), 361-369, 2021.

2.D Jin*, K Jiao*. Charging Infrastructure Intellectualization and Future of Different Automotive Powertrains. Joule, 4(8), 1626–1636, 2020.

3.G Zhang, Z Qu*, W Tao, X Wang, L Wu, S Wu, X Xie, C Tongsh, W Huo, Z Bao, K Jiao*, Y Wang*. Porous Flow Field for Next-Generation Proton

Exchange Membrane Fuel Cells: Materials, Characterization, Design, and Challenges. Chemical Reviews, 123(3), 989-1039, 2022.

4.L Fan, H Deng, Y Zhang, Q Du, Dennis Y. C. Leung, Y Wang, K Jiao*. Towards ultralow platinum loading proton exchange membrane fuel cells.

Energy & Environmental Science, 16(4), 1466-1479, 2023.

5.Z Niu, Valerie J. Pinfield, B Wu, H Wang, K Jiao*, Dennis Y.C. Leung*, J Xuan*. Towards the digitalization of porous energy materials:

evolution of digital approaches for microstructural design. Energy & Environmental Science, 14(5), 2549-2576, 2021.

6.Y Luo, K Jiao*. Cold start of proton exchange membrane fuel cell. Progress in Energy and Combustion Science, 64, 29-61, 2018.

7.K Jiao, X Li*. Water transport in polymer electrolyte membrane fuel cells. Progress in Energy and Combustion Science, 37, 221-291, 2011.

8.Y Wang, C Wu, S Zhao, Z Guo, M Han, T Zhao, B Zu, Q Du*, M Ni*, K Jiao*. Boosting the performance and durability of heterogeneous electrodes

for solid oxide electrochemical cells utilizing a data-driven powder-to-power framework. Science Bulletin, 68(5), 516-527, 2023.

9.Z Bao, B Xie, W Li, S Zhong, L Fan, C Tongsh, F Gao*, Q Du, Mohamed Benbouzid, K Jiao*. High-consistency proton exchange membrane fuel cells

enabled by oxygen-electron mixed-pathway electrodes via digitalization design. Science Bulletin, 68(3), 266-275, 2023.

10.B Wang, M Ni, K Jiao*. Green ammonia as a fuel. Science Bulletin, 67(15), 1530-1534, 2022.

11.L Fan, Y Wang*, K Jiao*. Oxygen Transport Routes in Ionomer Film on Polyhedral Platinum Nanoparticles. ACS Nano, 14(12), 17487-17495, 2020.

12.C Wu, Y Wang, Y Hou, X Li, Z Peng, Q Du*, M Ni*, K Jiao*. Reconstruction and optimization of LSCF cathode microstructure based on Kinetic

Monte Carlo method and Lattice Boltzmann method. Chemical Engineering Journal, 436, 132144, 2022.

13.J Wang, B Wang, C Tongsh, T Miao, P Cheng, Z Wang, Q Du, K Jiao*. Combining proton and anion exchange membrane fuel cells for enhancing the

overall performance and self-humidification. Chemical Engineering Journal, 428, 131696, 2022.

14.W Li, Z Bao, Q Du*, Y Xu, K Jiao*. Open-Source CFD Elucidating Mechanism of3D Pillar Electrode in Improving All-Solid-State Battery

Performance. Advanced Science, 9(13), 2105454, 2022.

15.Z Qin, W Huo, Z Bao, C Tongsh, B Wang, Q Du*, K Jiao*. Alternating Flow Field Design Improves the Performance of Proton Exchange Membrane Fuel

Cells. Advanced Science, 10(4), 2205305, 2022.

16.J Liang, L Fan, T Miao, X Xie, Z Wang, X Chen, Z Gong, H Zhai, K Jiao*. Cold start mode classification based on the water state for proton

exchange membrane fuel cells. Journal of Materials Chemistry A, 10(38), 20254-20264, 2022.

17.Y Wang, C Wu, S Zhao, Z Guo, B Zu, M Han, Q Du*, M Ni*, K Jiao*. Assessing performance degradation induced by thermal cycling in solid oxide

cells. Energy Conversion and Management, 270, 116239, 2022.

18.W Huo, P Wu, B Xie, Q Du, J Liang, Z Qin, G Zhang, I Sarani, W Xu, B Liu, B Wang, Y Yin, J Lin, K Jiao*. Elucidating non-uniform assembling

effect in large-scale PEM fuel cell by coupling mechanics and performance models. Energy Conversion and Management, 277, 116668, 2023.

19.B Xie, M Ni, G Zhang, X Sheng, H Tang, Y Xu, G Zhai , K Jiao∗. Validation methodology for PEM fuel cell three-dimensional simulation.

International Journal of Heat and Mass Transfer, 189, 122705, 2022

20.Z Bao, Y Li, X Zhou, F Gao, Q Du∗, K Jiao∗. Transport properties of gas diffusion layer of proton exchange membrane fuel cells: Effects of

compression. International Journal of Heat and Mass Transfer, 178, 121608, 2021.

21.Effects of different loading strategies on the dynamic response and multi-physics fields distribution of PEMEC stack

22.A 1+1-D Multiphase Proton Exchange Membrane Fuel Cell Model for Real-Time Simulation

23.Interlink among catalyst loading, transport and performance of proton exchange membrane fuel cells: a pore-scale study

24.Development of photovoltaic-electrolyzer-fuel cell system for hydrogen production and power generation

25.Adaptive optimization strategy of air supply for automotive polymer electrolyte membrane fuel cell in life cycle

26.Enhancing oxygen transport in the ionomer film on platinum catalyst using ionic liquid additives

27.Enhanced oxygen transport in ionomer films on platinum electrodes via a local electric field

28.Coupling deep learning and multi-objective genetic algorithms to achieve high performance and durability of direct internal reforming solid

oxide fuel cell

29.Numerical investigation on the feasibility of metal foam as flow field in alkaline anion exchange membrane fuel cell

30.Enhanced electrochemical and thermal behavior of lithium-ion batteries with ultrathick electrodes via oriented pores

31.Pore-scale modeling of anode catalyst layer tolerance upon hydrogen sulfide exposure in pemfc

32.Two-phase analytical modeling and intelligence parameter estimation of proton exchange membrane electrolyzer for hydrogen production

33.“3D+ 1D” modeling approach toward large-scale PEM fuel cell simulation and partitioned optimization study on flow field

34.Fundamentals, materials, and machine learning of polymer electrolyte membrane fuel cell technology

35.Multi-physics-resolved digital twin of proton exchange membrane fuel cells with a data-driven surrogate model

36.Three-dimensional modeling of flow field optimization for co-electrolysis solid oxide electrolysis cell

37.A comprehensive proton exchange membrane fuel cell system model integrating various auxiliary subsystems

38.Three-dimensional multi-phase model of PEM fuel cell coupled with improved agglomerate sub-model of catalyst layer

39.Multi-phase models for water and thermal management of proton exchange membrane fuel cell: A review

40.Experimental investigation on PEM fuel cell cold start behavior containing porous metal foam as cathode flow distributo

 

代表性专著:

1.焦魁,张国宾,杜青,樊林浩,焦道宽,武承如,王博文. 多物理场传热传质基础与建模实例. 天津大学出版社. 2022.

2.K Jiao, B Wang, Q Du, Y Wang, G Zhang, Z Yang, H Deng, and X Xie. Water and Thermal Management of Proton Exchange Membrane Fuel Cells.

Elsevier, 2021.

3.焦魁,王博文,杜青,张国宾,杨子荣,邓豪,谢旭.

质子交换膜燃料电池水热管理. 科学出版社. 2020.

 

授权专利(近十个):

1.焦魁,谢彪;建立质子交换膜燃料电池催化层结块模型的方法,2023-04-18,中国,ZL201910521383.X

2.焦魁,宫智超,王博文;基于随机优化算法的燃料电池与空压机匹配建模方法,2022-09-30,中国,ZL202210058602.7

3.焦魁,程超超,王博文,刘智;基于渗透率差异化的金属泡沫不含气体扩散层的燃料电池,2022-07-12,中国,ZL20201516626.X

4.焦魁,蒋杨;质子交换膜燃料电池准二维模型建立方法,2022-05-27,中国,ZL20191062441.4

5.焦魁,张国宾,谢彪;质子交换膜燃料电池全电池三维两相模型建立方法,2022-05-20,中国,ZL20181053093.6

6.焦魁,宫智超,王博文,吴康成;质子交换膜燃料电池瞬态实时模型的建立方法,2022-05-20,中国,ZL202011517759.9

7.焦魁,王博文;质子交换膜燃料电池阴极流场板,2022-02-18,中国,ZL201910316351.6

8.焦魁,杨子俊,杨子荣,王博文;燃料电池系统中氢气循环泵瞬态建模方法,2021-12-24,中国,ZL202110514510.0

9.焦魁,樊林浩,牛志强;质子交换膜燃料电池分体式阴极流道的优化结构,2020-03-31,中国,ZL201710858723.9

10.焦魁,牛志强,樊林浩;质子交换膜燃料电池整体式阴极流道的优化结构,2020-03-31,中国,ZL201710858978.5

 

科研奖励(近五年):

1.燃料电池与电解池多尺度多相热质传递理论与建模分析方法,中国能源研究会,学术创新奖,一等奖,2022(焦魁;倪萌;王博文;杜青;樊林浩;吴思远;查森;包志铭;谢彪;

徐琦栋;霍文明)

2.2022 IAGE Technology Innovation Award for innovative analysis and numerical simulation leading to novel solutions for the designs of fuel cell

components, stacks and systems,国际绿色能源协会,国际学术奖,2022(焦魁;杜青;樊林浩;王博文;刘智;汪洋;包志铭)

3.先进车用低碳动力装置的电化学热物理过程理论及仿真方法,中国内燃机学会,自然科学奖,一等奖,2021(焦魁;杜青;尹燕;刘智;张国宾;樊林浩;王博文;张俊峰;杨子荣

;焦道宽;王睿;程超超)

4.Virtual Fuel Cell Simulation,英国化学工程师学会,IChemE过程自动化与数字化奖提名奖,国际学术奖,2021(焦魁;Jin Xuan)

5.Next-Gen Fuel Cell Engine,英国化学工程师学会,IChemE项目研究奖提名奖,国际学术奖,2019(焦魁;Jin Xuan)

6.车用燃料电池低温冷起动技术开发与应用,中国汽车工程学会和国际氢能燃料电池协会,第二届“氢能与燃料电池技术创新奖”二等奖,其他,2021(郝冬; 焦魁; 杨子荣;

张妍懿; 杜青; 兰昊; 刘智; 王晓兵; 王仁广; 吴康成)

7.霍英东教育基金会,第十六届高等院校青年教师奖,2019

8.中国工程热物理学会,吴仲华青年学者奖,2018

 

科研项目(近二十个):

1.国家自然科学基金委员会,国家杰出青年科学基金,52225604,燃料电池水热管理,2023-01至2027-12,主持

2.国家自然科学基金委员会,面上项目,52176196,基于多尺度模型与人工智能结合的车载燃料电池“白箱化”研究,2022-01至2025-12,主持

3.国家自然科学基金委员会,国际(地区)合作与交流项目,51920105010,极板-电极一体化质子交换膜燃料电池多场耦合传输机理研究,2020-01至2024-12,参与

4.国家自然科学基金委员会,创新研究群体项目,51921004,移动动力装置高效低碳清洁利用的工程热物理问题,2020-01至2024-12,参与

5.国家自然科学基金委员会,国际(地区)合作与交流项目,51881330157,绿色交通发展与变革,2018-07至2018-12,主持

6.国家自然科学基金委员会,国际(地区)合作与交流项目,51861130359,高性能质子交换膜燃料电池电极内多相传热传质研究,2018-03至2021-02,主持

7.科技部,电堆性能预测模型及设计通用软件开发研究,国家重点研发计划项目子课题,2017YFB0102703,2017-07至2021-06,主持

8.天津市科学技术委员会,电化学能量转换中的热物理问题,天津市杰出青年基金,18JCJQJC46700,2018-10至2022-09,主持

9.广州汽车集团股份有限公司,燃料电池全耦合多维仿真,企业横向项目,2022GKF-0855,2022-12至2023-10,主持

10.中国汽车技术研究中心有限公司,弱监督与自学习方法及系统验证—燃料电池模型开发及优化服务,企业横向项目,2022GFW-0699,2022-10至2023-12,主持

11.北京亿华通科技股份有限公司,质子交换膜燃料电池双极板设计及仿真,企业横向项目,2022GFW-0648,2022-10至2023-12,主持

12.上海氢晨新能源科技有限公司,质子交换膜燃料电池多孔电极格子玻尔兹曼-孔尺度模型,企业横向项目,2022GKF-0345,2022-06至2024-01,主持

13.东风汽车集团股份有限公司,大功率电堆水热管理仿真与可视化系统开发项目,企业横向项目,2022GKF-0318,2022-06至2023-06,主持

14.中国汽车技术研究中心有限公司,燃料电池半经验半机理仿真模型开发,企业横向项目,2021GFW-0724,2021-11至2022-01,主持

15.中国船舶重工集团公司第七一二研究所,PEM燃料电池电堆水热管理研究,2021GFW-0368,2021-06至 2021-08,主持

16.未势能源科技有限公司,质子交换膜燃料电池电堆低温自启动仿真技术开发,企业横向项目,2021GKF-0439,2021-07 至 2022-07,主持

17.中汽数据有限公司,燃料电池机理仿真模型标识应用技术服务,企业横向项目,2021GKF-0230,2021-04至2021-12

18.上海捷氢科技有限公司,全尺寸单池性能仿真模型开发,企业横向项目,2020GFW-0694,2020-09至 2021-09,主持

19.中国第一汽车股份有限公司,高比功率燃料电池发动机研发项目燃料电池双极板设计与短堆验证,企业横向项目,2019GKF-0648,2019-10至2020-12,主持

20.博世(中国)投资有限公司,质子交换膜燃料电池数值模拟,企业横向项目,2019GKF-0597,2019-10 至 2022-09,主持