质子交换膜燃料电池基础与性能计算电子书

前言

第1章 燃料电池概述

1.1 什么是燃料电池？

1.2 发展历史

1.3 组成和原理

1.4 分类和特点

1.5 燃料电池系统

第2章 燃料电池基础化学和热力学

2.1 基本反应

2.2 反应热

2.3 氢气的高低热值

2.4 理论电功

2.5 理论电压

2.6 温度的影响

2.7 理论效率

2.8 卡诺效率神话

2.9 压力的影响

2.10 总结

第3章 燃料电池电化学

3.1 电极动力学

3.1.1 反应速率

3.1.2 反应常数和传递系数

3.1.3 电流电压关系：Butler-Volmer方程

3.1.4 交换电流密度

3.2 电压损失

3.2.1 活化极化

3.2.2 内电流和交叉损耗

3.2.3 欧姆（电阻）极化

3.2.4 浓差极化

3.3 电池电压：极化曲线

3.4 电池内部的电位分布

3.5 极化曲线参数的灵敏度

3.5.1 传递系数/塔费尔斜率的影响

3.5.2 交换电流密度的影响

3.5.3 氢交叉和内部电流损失的影响

3.5.4 内阻的影响

3.5.5 极限电流密度的影响

3.5.6 工作压力的影响

3.5.7 空气与氧气的影响

3.5.8 工作温度的影响

3.6 燃料电池效率

3.7 燃料电池极化曲线的含义和应用

3.7.1 极化曲线产生的其他曲线

3.7.2 极化曲线的线性近似

3.7.3 应用极化曲线确定燃料电池尺寸

第4章 燃料电池材料物性数学描述

4.1 电池内过程描述

4.2 膜

4.2.1 吸水量

4.2.2 物理性质

4.2.3 质子电导率

4.2.4 水传输

4.2.5 气体渗透

4.2.6 高温膜

4.3 电极

4.4 气体扩散层

4.4.1 处理和涂层

4.4.2 孔隙率

4.4.3 电导率

4.4.4 可压缩性

4.4.5 渗透性

4.5 双极板

4.5.1 材料

4.5.2 特性

第5章 燃料电池运行条件

5.1 工作压力

5.2 工作温度

5.3 反应物流速

5.4 反应物湿度

5.5 质量平衡

5.5.1 入口流量

5.5.2 出口流量

5.6 能量平衡

第6章 PEM燃料电池性能计算方法

6.1 模型假设

6.2 控制方程

6.2.1 质量守恒

6.2.2 动量守恒

6.2.3 组分守恒

6.2.4 能量守恒

6.2.5 电荷守恒

6.2.6 电化学反应

6.3 几何建模

6.4 边界条件和参数设置

6.5 模型验证

6.6 操作使用

6.7 求解器结构

6.7.1 网格、物性和场

6.7.2 流体物质和关联的场

6.7.3 化学反应

6.7.4 全场ID

6.7.5 面到面插值

6.7.6 气体扩散模型

6.7.7 程序迭代循环

第7章 PEM燃料电池组装力计算

7.1 气体扩散层变形

7.1.1 机械模型

7.1.2 孔隙率、电导率和传热系数

7.2 传质阻力

7.3 组装力对电池性能的影响

第8章 PEM燃料电池内阻计算

8.1 内阻组成

8.2 膜电阻

8.3 双极板与气体扩散层的接触电阻

8.3.1 接触电阻数值模型

8.3.2 预测接触电阻

8.4 体电阻

8.4.1 电荷传输驱动力

8.4.2 体电阻数值模型

8.4.3 电荷传导

8.5 其他接触电阻

8.6 内阻对电池性能的影响

第9章 燃料电池应用

9.1 汽车动力

9.1.1 乘用车

9.1.2 公共汽车

9.1.3 多功能车

9.1.4 应用现状

9.2 固定电源

9.2.1 固定式燃料电池系统分类

9.2.2 系统配置

9.2.3 应用现状

9.3 备用电源

9.4 小型便携式电源

9.5 船用动力

9.5.1 船舶

9.5.2 潜艇

9.6 航空航天

9.6.1 航空

9.6.2 航天

附录 主要符号

参考文献