| 摘要 | 第4-5页 |
| Abstract | 第5-6页 |
| 第一章 绪论 | 第13-25页 |
| 1.1 引言 | 第13页 |
| 1.2 燃料电池概述 | 第13-19页 |
| 1.2.1 燃料电池发展历史 | 第13-14页 |
| 1.2.2 燃料电池在各领域的应用 | 第14-19页 |
| 1.3 质子交换膜燃料电池概述 | 第19-21页 |
| 1.4 质子交换膜燃料电池结构与组成 | 第21-23页 |
| 1.4.1 流场板 | 第21-22页 |
| 1.4.2 质子交换膜 | 第22页 |
| 1.4.3 催化剂层 | 第22页 |
| 1.4.4 气体扩散层 | 第22-23页 |
| 1.5 研究进展和本文主要内容 | 第23-25页 |
| 1.5.1 燃料电池温度研究进展 | 第23-24页 |
| 1.5.2 本文研究的主要内容 | 第24-25页 |
| 第二章 PEM燃料电池数学模型的建立 | 第25-35页 |
| 2.1 燃料电池热力学分析 | 第25-28页 |
| 2.1.1 Gibbs自由能 | 第25-27页 |
| 2.1.2 Nernst方程 | 第27-28页 |
| 2.2 PEM燃料电池的数学模型建立 | 第28页 |
| 2.3 反应气体流量分析 | 第28-30页 |
| 2.3.1 氧气用量 | 第29页 |
| 2.3.2 氢气用量 | 第29页 |
| 2.3.3 水用量 | 第29-30页 |
| 2.4 燃料电池的物理模型建立 | 第30-31页 |
| 2.4.1 多孔介质中的扩散模型 | 第30页 |
| 2.4.2 质子交换膜中水的传递模型 | 第30页 |
| 2.4.3 催化层中的电化学反应模型 | 第30-31页 |
| 2.5 燃料电池物性参数模型建立 | 第31-32页 |
| 2.5.1 黏度 | 第31页 |
| 2.5.2 比热容 | 第31-32页 |
| 2.5.3 热导率 | 第32页 |
| 2.6 燃料电池的散热 | 第32-33页 |
| 2.6.1 电池的热平衡 | 第32-33页 |
| 2.6.2 电池的热传导 | 第33页 |
| 2.6.3 电池的主动散热 | 第33页 |
| 2.6.4 通过自然对流和辐射的电池散热 | 第33页 |
| 2.7 本章小结 | 第33-35页 |
| 第三章 基于温度条件下PEM燃料电池动态特性的研究 | 第35-51页 |
| 3.1 试验系统搭建 | 第35-42页 |
| 3.1.1 电子负载 | 第36-37页 |
| 3.1.2 背压控制系统 | 第37页 |
| 3.1.3 加湿系统 | 第37-38页 |
| 3.1.4 保温系统及加热系统 | 第38页 |
| 3.1.5 PEM燃料电池单体 | 第38-39页 |
| 3.1.6 试验系统软件介绍 | 第39-42页 |
| 3.2 试验目的 | 第42页 |
| 3.3 试验方案 | 第42-43页 |
| 3.3.1 试验材料的选取 | 第42页 |
| 3.3.2 试验设计 | 第42-43页 |
| 3.4 试验结果与分析 | 第43-49页 |
| 3.4.1 电池温度对燃料电池性能的影响 | 第43-45页 |
| 3.4.2 加湿温度对电池性能的影响 | 第45-48页 |
| 3.4.3 气体流量对燃料电池性能的影响 | 第48-49页 |
| 3.5 本章小结 | 第49-51页 |
| 第四章 质子交换膜燃料电池温度和流量分布数值模拟 | 第51-65页 |
| 4.1 COMSOL Multiphysics的求解计算 | 第51-53页 |
| 4.1.1 物理参数的定义 | 第51-52页 |
| 4.1.2 求解的应用模式及边界条件设定 | 第52-53页 |
| 4.1.3 模型的建立 | 第53页 |
| 4.2 COMSOL仿真计算步骤及设置 | 第53-58页 |
| 4.2.1 定义 | 第53-54页 |
| 4.2.2 材料 | 第54页 |
| 4.2.3 二次电流分布 | 第54-55页 |
| 4.2.4 浓物质传递 | 第55页 |
| 4.2.5 自由和多孔介质流动 | 第55-56页 |
| 4.2.6 固体传热 | 第56页 |
| 4.2.7 网格划分 | 第56-57页 |
| 4.2.8 求解 | 第57-58页 |
| 4.3 温度模拟结果与讨论 | 第58-61页 |
| 4.3.1 实验与模拟对比 | 第58-59页 |
| 4.3.2 电池中心处纵向温度变化 | 第59-61页 |
| 4.4 气体流量模拟结果与讨论 | 第61-64页 |
| 4.4.1 气体过量系数对电池温度影响 | 第61-62页 |
| 4.4.2 电池内部物质摩尔质量等值线 | 第62-63页 |
| 4.4.3 不同温度出口处氧气含量 | 第63-64页 |
| 4.5 本章小结 | 第64-65页 |
| 第五章 阴极扩散层结构特性对电池性能影响的模拟 | 第65-75页 |
| 5.1 气体扩散层分析 | 第65-66页 |
| 5.1.1 气体扩散层的处理和涂层 | 第65页 |
| 5.1.2 气体扩散层孔隙率 | 第65页 |
| 5.1.3 气体扩散层电导率 | 第65页 |
| 5.1.4 扩散层的可压缩性 | 第65-66页 |
| 5.1.5 扩散层的渗透性 | 第66页 |
| 5.2 模型建立 | 第66-67页 |
| 5.3 网格划分与边界条件的设置 | 第67-68页 |
| 5.3.1 网格划分 | 第67-68页 |
| 5.3.2 边界条件的设置 | 第68页 |
| 5.4 结果与讨论 | 第68-74页 |
| 5.4.1 孔隙率对电池不同部分温度影响 | 第68-70页 |
| 5.4.2 孔隙率对电池压强影响 | 第70-71页 |
| 5.4.3 不同孔隙率膜平面上的温度范围 | 第71-73页 |
| 5.4.4 不同孔隙率膜平面上的电流密度范围 | 第73-74页 |
| 5.5 本章小结 | 第74-75页 |
| 第六章 结论与展望 | 第75-77页 |
| 6.1 结论 | 第75-76页 |
| 6.2 展望 | 第76-77页 |
| 参考文献 | 第77-81页 |
| 作者简介 | 第81页 |
| 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文 | 第81-83页 |
| 致谢 | 第83页 |