在追求碳中和之際，世界正在經歷第三次能源革命，該革命由可再生能源驅動、各類電池提供支持。氫能作為零碳能源載體，是應對全球氣候變化、實現能源系統脫碳的理想媒介。

質子交換膜燃料電池（PEMFCs）是一種前景廣闊的綠色能源發電技術。然而，PEMFCs的性能受到動力學特性、功率密度和成本等因素的限制。一項新的研究旨在優化PEMFCs的流道設計以提高其性能。

在他們發表于《能源前沿》雜志的文章里，程友良和他的同事們提出了一種二維拓撲 - 曲率優化漸進式設計方法，以優化PEMFCs中蛇形流道的彎曲區域結構。該方法將拓撲優化與曲率優化相結合，以改善燃料電池的傳質和整體性能。

研究人員通過數值模擬將拓撲 - 曲率優化模型與基于算法的優化模型以及一個驗證模型進行了比較。該研究分析了不同流場下質子交換膜燃料電池（PEMFC，一種新型清潔能源電池，具有能量轉換效率高、無污染等優點）的傳質、傳熱特性以及輸出性能。

結果表明，優化后的結構顯著改善了流場內的對流和擴散，增強了質子交換膜燃料電池內氧氣和水的傳輸與分布。性能提升從高到低依次為：TS - III＞MD - G（遺傳算法模型）＞MD - P（粒子群優化算法模型）＞TS - II＞TS - I。

在那些優化過的模型里，TS - III（拓撲結構 - III）在峰值電流密度和峰值功率密度方面的提升最大，分別提高了4.72%和3.12%。當使用效率評估標準（EEC）考慮性能提升與壓降之間的關系時，TS - II表現出最佳的整體性能。

本研究為優化質子交換膜燃料電池（PEMFCs）的設計提供了一種有價值的方法，能讓它的性能有很明顯的提升。該方法提供了一種快速且準確的方式來生成優化的結構模型，減少了設計過程中的時間和反復試驗的成本。

這項研究的成果有助于推動氫燃料電池在各種應用中的采用，為全球碳中和努力做出貢獻。