質(zhì)子交換膜燃料電池基礎與性能計算

前?言
第 1 章　 燃料電池概述1
1.1　什么是燃料電池？1
1.2　發(fā)展歷史3
1.3　組成和原理5
1.4　分類和特點7
1.5　燃料電池系統(tǒng)9
第 2 章　 燃料電池基礎化學和熱力學13
2.1　基本反應13
2.2　反應熱13
2.3　氫氣的高低熱值14
2.4　理論電功15
2.5　理論電壓16
2.6　溫度的影響17
2.7　理論效率19
2.8　卡諾效率神話21
2.9　壓力的影響22
2.10?總結(jié)24
第 3 章　 燃料電池電化學26
3.1　電極動力學26
3.1.1　反應速率26
3.1.2　反應常數(shù)和傳遞系數(shù)27
3.1.3　電流電壓關(guān)系：Butler-Volmer方程28
3.1.4　交換電流密度30
3.2　電壓損失30
3.2.1　活化極化31
3.2.2　內(nèi)電流和交叉損耗33
3.2.3　歐姆（電阻）極化35
3.2.4　濃差極化36
3.3　電池電壓：極化曲線38
3.4　電池內(nèi)部的電位分布40
3.5　極化曲線參數(shù)的靈敏度41
3.5.1　傳遞系數(shù)/塔費爾斜率的影響42
3.5.2　交換電流密度的影響43
3.5.3　氫交叉和內(nèi)部電流損失的影響44
3.5.4　內(nèi)阻的影響45
3.5.5　極限電流密度的影響45
3.5.6　工作壓力的影響46
3.5.7　空氣與氧氣的影響47
3.5.8　工作溫度的影響47
3.6　燃料電池效率48
3.7　燃料電池極化曲線的含義和應用50
3.7.1　極化曲線產(chǎn)生的其他曲線50
3.7.2　極化曲線的線性近似52
3.7.3　應用極化曲線確定燃料電池尺寸53
第4章　 燃料電池材料物性數(shù)學描述57
4.1　電池內(nèi)過程描述57
4.2　膜58
4.2.1　吸水量60
4.2.2　物理性質(zhì)61
4.2.3　質(zhì)子電導率62
4.2.4　水傳輸63
4.2.5　氣體滲透66
4.2.6　高溫膜69
4.3　電極69
4.4　氣體擴散層73
4.4.1　處理和涂層74
4.4.2　孔隙率75
4.4.3　電導率76
4.4.4　可壓縮性76
4.4.5　滲透性77
4.5　雙極板77
4.5.1　材料78
4.5.2　特性79
第5章　 燃料電池運行條件83
5.1　工作壓力83
5.2　工作溫度85
5.3　反應物流速87
5.4　反應物濕度91
5.5　質(zhì)量平衡93
5.5.1　入口流量93
5.5.2　出口流量95
5.6　能量平衡97
第6章　 PEM燃料電池性能計算方法99
6.1　模型假設100
6.2　控制方程100
6.2.1　質(zhì)量守恒100
6.2.2　動量守恒101
6.2.3　組分守恒102
6.2.4　能量守恒104
6.2.5　電荷守恒104
6.2.6　電化學反應105
6.3　幾何建模107
6.4　邊界條件和參數(shù)設置112
6.5　模型驗證113
6.6　操作使用115
6.7　求解器結(jié)構(gòu)118
6.7.1　網(wǎng)格、物性和場118
6.7.2　流體物質(zhì)和關(guān)聯(lián)的場119
6.7.3　化學反應119
6.7.4　全場ID120
6.7.5　面到面插值120
6.7.6　氣體擴散模型120
6.7.7　程序迭代循環(huán)120
第7章　 PEM燃料電池組裝力計算122
7.1　氣體擴散層變形122
7.1.1　機械模型123
7.1.2　孔隙率、電導率和傳熱系數(shù)125
7.2　傳質(zhì)阻力129
7.3　組裝力對電池性能的影響131
第8章　 PEM燃料電池內(nèi)阻計算134
8.1　內(nèi)阻組成134
8.2　膜電阻135
8.3　雙極板與氣體擴散層的接觸電阻135
8.3.1　接觸電阻數(shù)值模型136
8.3.2　預測接觸電阻137
8.4　體電阻138
8.4.1　電荷傳輸驅(qū)動力138
8.4.2　體電阻數(shù)值模型140
8.4.3　電荷傳導142
8.5　其他接觸電阻144
8.6　內(nèi)阻對電池性能的影響145
第9章　 燃料電池應用147
9.1　汽車動力148
9.1.1　乘用車148
9.1.2　公共汽車151
9.1.3　多功能車151
9.1.4　應用現(xiàn)狀152
9.2　固定電源154
9.2.1　固定式燃料電池系統(tǒng)分類154
9.2.2　系統(tǒng)配置156
9.2.3　應用現(xiàn)狀156
9.3　備用電源158
9.4　小型便攜式電源159
9.5　船用動力161
9.5.1　船舶161
9.5.2　潛艇163
9.6　航空航天165
9.6.1　航空165
9.6.2　航天166
附?錄　 主要符號170
參考文獻　176